ШАХТНАЯ ЗАТЯЖКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E21D11/15 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении основных горных выработок.

Известна шахтная затяжка, состоящая из бетонной прямоугольной плиты с выемкой в сечении и арматуры, в которой в качестве арматуры используют стальные фибры (волокна) длиной более ширины ребер затяжки на 20-25% и арматурный каркас в виде замкнутой прямоугольной рамки, помещенный в нижней части ребра (см. например, а.с. СССР N 1710766. Бюл. N 5, 1992 ).

Недостатком известной конструкции является использование относительно короткой фибры, длина которой ограничена приблизительно 50 мм и условиями перемешивания бетонной смеси при ее приготовлении. Наличие ребер, окаймляющих плиту и армированных стержневой арматурой, не только ограничивает изгибающую способность затяжки, но и усложняет ее конструкцию и технологию изготовления.

Известна также затяжка шахтной крепи, выполненная в виде армированной сеткой плиты с выемкой, в которой плита выполнена в виде тонкостенной оболочки из дисперсно-армированного волокнами бетона с ребрами, образованными продольными выемками, имеющими сферическую поверхность, переходящую в продольные и поперечные ребра, при этом сетка выполнена плоской и расположена у основания ребер (см. например, а.с. СССР N 1803578. Бюл. N 11, 1993 ). Как и предыдущая конструкция, данная затяжка имеет развитое поперечное сечение, но уже с несколькими продольно расположенными ребрами при сохранении поперечных ребер, и хотя в данном случае ребра армированы только дисперсной арматурой, это не приводит к повышению изгибающей способности затяжки в целом. Предельный прогиб данной конструкции при подвижке грунтов составляет 10 - 20 мм. Наличие армирования в виде сетки упрощает технологию изготовления затяжки по сравнению с предыдущей конструкцией, в которой необходимо точно по месту ребер устанавливать арматурный каркас из стержневой арматуры, но сохраняется стержневое армирование и относительно небольшой предельный прогиб порядка 0,025 от пролета.

Наиболее близкой к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является шахтная затяжка, выполненная в виде бетонной прямоугольной плиты с продольными ребрами и арматурным каркасом, выполненным в виде замкнутой прямоугольной рамки с отогнутыми под прямым углом в торцевых частях поперечинами, равными высоте ребра, расположенной продольными элементами в нижней части ребра, а отогнутыми поперечинами - в их верхней части, при этом затяжка армирована стальной фиброй (см, например, a.c. CCCP N 1809089. Бюл. N 14, 1993 ).

Указанная конструкция также имеет развитое сечение, хотя по сравнению с предыдущими позволяет отказаться от поперечных ребер за счет усиления торцов плиты стержневой арматурой. Но изгиб плиты по-прежнему ограничен, в связи с этим уменьшение нагрузки на затяжку при подвижке грунтов не происходит. Кроме того, конструкция осложнена и утяжелена наличием арматурного каркаса из стержневой арматуры. Стальная фибра для стяжки может быть применена только короткая, длиной 20-40 мм. Стержневое и дисперсное армирование всех описанных известных решений равномерно распределено по всей длине затяжки, что связано с перерасходом армирующего материала, т.к. равнопрочность сечения не соответствует эпюре изгибающего момента по длине затяжки. Существенным недостатком известных решений является высокая жесткость затяжек и вследствие этого их разрушение при достижении прогиба, превышающего 0,025 от пролета. Известно, что особенностью работы затяжек под нагрузкой от горных пород является уменьшение внешней нагрузки в два раза при достижении прогиба затяжки 0,05 от пролета. Поэтому нормативная нагрузка на затяжку размером 1000х200 мм в плане, равная 400 кг, уменьшается до 200 кг, если обеспечивается предельный прогиб затяжки не менее 0,05 от пролета.

Целью настоящего изобретения является повышение способности шахтной затяжки изгибаться без разрушения под действием нагрузки и упрощение ее конструкции при одновременном уменьшении массы.

Поставленная цель достигается тем, что шахтная затяжка, выполненная в форме прямоугольной плиты и армированная стальной фиброй, армирована длинной стальной фиброй, имеющей длину, равную 50-200 мм, при диаметре 0,3-0,6 мм, при этом 60-80% от общего объема фибры размещено в центральной части плиты и 10-20% - в каждой из ее концевых частей.

При длине 600-1200 мм и ширине 150-300 мм толщина шахтной затяжки равна 10-40 мм.

Длина центральной части шахтной затяжки равна 50-60 % от ее общей длины.

Фибра может быть ориентирована вдоль продольной оси плиты.

Шахтная затяжка дополнительно может содержать короткую фибру, имеющую диаметр 0,2-0,8 мм и длину 5-40 мм и равномерно распределенную в теле плиты.

В способе изготовления шахтной затяжки, включающем укладку бетона и армирующей стальной фибры, сначала в подготовленную форму укладывают длинную стальную фибру, имеющую длину 50-200 мм при диаметре 0,3-0,6 мм, причем 60-80% от общего объема фибры размещают в центральной части формы и по 10-20% в каждой из концевых частей, затем укладывают мелкозернистый бетон, проводят его виброуплотнение и тепловлажностную обработку.

В мелкозернистый бетон может быть добавлена короткая фибра, имеющая диаметр 0,2-0,8 мм и длину 5-40 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана шахтная затяжка в разрезе.

Шахтная затяжка выполнена в форме прямоугольной плиты 1 и армирована длинной стальной фиброй 2.

Фибра 2 имеет длину 50-200 мм при диаметре 0,3-0,6 мм, 60-80 % фибры 2 расположено в центральной части 3 плиты 1, 10-20% фибры 2 размещено в каждой из концевых частей 4 плиты 1.

Шахтная затяжка может иметь следующие размеры: длина 600-1200 мм, ширина 150-300 мм, толщина 10-40 мм. Длина центральной части 3 равна 50-60% от общей длины затяжки.

Фибра 2 ориентирована вдоль продольной оси плиты 1.

Дополнительно затяжка может содержать короткую фибру, имеющую диаметр 0,2-0,8 мм и длину 5-40 мм и распределенную равномерно в теле плиты.

Пример изготовления шахтной затяжки.

В подготовленную форму размером 1000х200х40 мм укладывали длинную стальную фибру, приготовленную из пружинной проволоки, имеющей временное сопротивление разрыву, равное 10000 кг/см², диаметром d=0,5±0,01 мм при длине l= 170±30 мм. Фибру укладывали по следующей схеме: 70% в центральной части формы и по 15% в ее концевых частях. Расход фибры на одну затяжку составил 460 г. Затем форму заполняли мелкозернистой бетонной смесью следующего состава: портландцемент - (Ц) М-400, песок кварцевый (П) с М_кр=1,8, суперпластификатор С-3 (0,7% от Ц сухого вещества), вода (В) при Ц:П=1:2 с В/Ц= 0,45. Было изготовлено 8 затяжек. Несущую способность и прогиб затяжек проверяли на испытательной машине ZDM - 2,5. Скорость нагружения равнялась 1,0 мм/мин.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Результаты испытаний показали работоспособность указанных шахтных затяжек. При толщине от 25 до 33 мм и прогибе 50 мм затяжки удерживали сосредоточенную нагрузку между опорами (с расстоянием 800 мм) от 185 кг до 285 кг. При указанном прогибе затяжки не разрушались. При снятии нагрузки остаточный прогиб составлял около 50% от максимального.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении основных горных выработок. Шахтная затяжка, выполненная в форме прямоугольной плиты, армирована длинной стальной фиброй, имеющей длину 50-200 мм при диаметре 0,3-0,6 мм. При этом 60-80% от общего объема фибры размещено в центральной части плиты и 10-20% в каждой из ее концевых частей. Дополнительно шахтная затяжка может содержать короткую фибру, имеющую диаметр 0,2-0,8 мм и длину 5-40 мм. Способ изготовления указанной затяжки заключается в том, что сначала в подготовленную форму по указанной схеме укладывают длинную стальную фибру, имеющую указанные параметры, а затем укладывают мелкозернистый бетон, проводят его виброуплотнение и тепловлажную обработку. Такое выполнение повышает способность затяжки изгибаться без разрушения под действием нагрузки и упрощает ее конструкцию при одновременным уменьшении массы. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. Шахтная затяжка, выполненная в форме прямоугольной плиты и армированная стальной фиброй, отличающаяся тем, что она армирована длинной стальной фиброй, имеющей длину 50 - 200 мм при диаметре 0,3 - 0,6 мм, при этом 60 - 80% от общего объема фибры размещено в центральной части плиты и 10 - 20% - в каждой из ее концевых частей. 2. Затяжка по п.1, отличающаяся тем, что при длине 600 - 1200 мм и ширине 150 - 300 мм ее толщина равна 10 - 40 мм. 3. Затяжка по п.1, отличающаяся тем, что длина ее центральной части составляет 50 - 60% от общей длины. 4. Затяжка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что фибры ориентированы вдоль продольной оси плиты. 5. Затяжка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит короткую фибру, имеющую диаметр 0,2 - 0,8 мм и длину 5 - 40 мм и равномерно распределенную в теле плиты. 6. Способ изготовления шахтной затяжки, включающий укладку бетона и армирующей стальной фибры, отличающийся тем, что сначала в подготовленную форму укладывают длинную стальную фибру, имеющую длину 50 - 200 мм при диаметре 0,3 - 0,6 мм, причем 60 - 80% от общего объема фибры размещают в центральной части формы и по 10 - 20% в каждой из ее концевых частей, затем укладывают мелкозернистый бетон, проводят его виброуплотнение и тепловлажную обработку. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в мелкозернистый бетон добавляют короткую фибру, имеющую диаметр 0,2 - 0,8 мм и длину 5 - 40 мм.