КРЕПЬ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1999 года по МПК E21D11/14 E21D19/04 

Изобретение относится к горному делу, в частности к крепи подготовительных выработок, проводимых как по пластам различных углов падения и мощности, так и вмещающим породам и может найти применение в угольной и горнорудной промышленности.

Известны для этих целей трапециевидные металлическая и смешанная рамные крепи изготавливаемые из шахтного профиля СВП, состоящие из верхняка и двух стоек. В первом случае из спецпрофиля изготавливаются все три элемента крепи - верхняк и две стойки, во втором - металлический верхняк, который применяется в комплекте со стойками из различных материалов, часто с деревянными /В.Н.Каретников и др. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. М. Недра. 1989. С. 64 - 74 (крепи МПК, МИК, КВВ, МТПШ); Г.Г.Штумпф и др. Крепление и поддержание горных выработок. М. Недра, 1993. С. 108 - 111 (крепи КМП-Т, КМТ, МТК); В.Е.Брагин и др. Шахты Кузбасса, М. Недра, 1994. С. -54, 59, 62 - 63; Н.И.Мельников, И.В.Тартынский и др. Отраслевая инструкция по применению рамных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт. Минуглепром СССР, ИГД им. А.А.Скочинского, М., 1985. С. 23 - 25, 48, 112 (крепи КМП-Т(П), смешанная крепь); П.В.Егоров, А.П. Андрианов и др. Крепление и поддержание подготовительных выработок. Издательство. Притомское, Кемерово, 1991. С. 40 - 44, 58 (Крепи ИПК, КТ, КС).

Рамы указанных крепей устанавливаются на расстоянии 0,4 - 1,2 м (иногда большем) друг от друга в зависимости от величины нагрузки и прочности элементов. Пространство между ними поддерживается межрамной перетяжкой, в качестве которой применяется обапол, тес, плаха, металлическая сетка или железобетонная затяжка. Во многих случаях перетяжка производится только кровли выработки. Расстояние между крепежными рамами в некоторых конструкциях фиксируется межрамными стяжками при металлической крепи и деревянными распорами - при смешанной. Стяжки и распоры устанавливаются на стойках крепи.

Одним из главных недостатков трапециевидных (прямоугольных) металлических и смешанных крепей является их излишняя и высокая материалоемкость. Основной нагрузкой на раму крепи является вертикальная нагрузка на горизонтальный верхняк крепи, который, в этом случае, работает в режиме поперечного изгиба. Стойки рамы, на которые своими концами опирается верхняк, каждая воспринимает на себя только примерно половину нагрузки, прилагаемой к верхняку, работая в режиме продольного сжатия. То есть крепежная рама указанных крепей имеет неравномерно нагруженные элементы, что определяется ее конструкцией. Менее нагруженными элементами являются стойки рамы, которые, в большинстве случаев, изготовляются из того же материала, что и верхняк. За счет этого завышается материалоемкость крепи на единицу длины выработки, примерно на 30%.

Целью предлагаемого изобретения является ликвидация этого недостатка, т. е. уменьшение материалоемкости крепи на единицу длины выработки за счет устранения одной из двух стоек, что одновременно ведет и к снижению трудоемкости как работ по креплению, так и работ по изготовлению крепи и ее транспортировке и доставке.

Указанная цель достигается путем замены рамы конструкцией крепи, представляющий собой составной из двух частей верхняк, устанавливаемый, как и ранее перпендикулярно продольной оси выработки и одну наклонную или вертикальную стойку. Верхняк одним концом опирается на стойку, а второй конец опирается на массив угля или породы второго борта выработки за счет размещения его на необходимой длине в скважине, пробуренной в этом массиве, диаметром соответствующим размеру профиля. В скважине располагается вторая короткая часть верхняка. При проведении выработки по пологому пласту верхняк крепежной рамы может располагаться наклонно у кровли пласта и скважины для размещения второго конца верхняка бурятся параллельно кровле у кровли. При проведении выработки по наклонному, крутонаклонному или крутому пласту верхняк может располагаться горизонтально также у кровли выработки в породе того или иного бока пласта, для чего бурятся горизонтальные скважины для заведения в них короткой части верхняка.

Стойкой в крепежной конструкции может служить стойка из двух отрезкой спецпрофиля, соединенных хомутами, отрезок спецпрофиля того же размера, что и верхняк, отрезок другого равнопрочного указанному профиля, деревянная стойка, клиновая стойка трения и др.

Для четкой фиксации верхняка в положении перпендикулярном продольной оси выработки и обеспечения связи крепежных конструкций в единую систему крепи с целью передачи нагрузки на создание рамы предусматривается установка элементов соединения верхняков у стойки крепи. Элементы соединения верохняков представляют собой равнобокий уголок с прикрепленными к его концам с помощью электросварки отрезками длиной 80 - 100 мм из соответствующего верхняку размера спецпрофиля. Уголок для соединения выбирается по размеру спецпрофиля. Вместо уголка может применяться и другой вид проката в соответствии с расчетом.

Установка элементов соединения верхняка производится путем одевания на соседние верхняков частями отрезков спецпрофиля корытом вниз в требуемом месте между приваренными к верхняку металлическими фиксаторами (кубиками).

Исключение из несущей конструкции - рамы - одной стойки с введением способа опоры второго конца верхняка на массив борта выработки и элементов соединения верхняков значительно повышает несущую способность конструкции крепи за счет прочности массива и образования системы крепи с помощью элементов соединений верхняков, позволяющих обеспечить передачу нагрузки на соседние элементы конструкции крепи и за счет этого увеличить расстояние между ними.

Отличительные признаки заявляемого объекта по сравнению с рамной конструкцией, которую можно принять за прототип, обеспечивают более легкую установку крепи, повышают качество ее, более высокую несущую способность при снижении материалоемкости и трудоемкости изготовления и установки конструкции за счет исключения второй стойки и увеличения расстояния между конструкциями.

Таким образом вышеизложенные отличительные признаки и преимущества заявляемого объекта удовлетворяют критерию существенные отличия.

На фиг. 1 - 3 изображена металлическая крепь подготовительной выработки 1 из специального шахтного профиля СВП в виде верхняка и одной податливой стойки из двух отрезков СВП, соединенных двумя хомутами (стойки могут быть деревянными, металлическими из индивидуальных стоек трения, металлическими из другого профиля), на фиг. 4, 5 - вид сверху на выработку, верхняки крепи, элементы соединения верхняков.

Крепь подготовительных выработок предлагаемой конструкции состоит из составного металлического верхняка 2, 3 из профиля СВП, стойки из двух частей 4, 5, элементов соединений верхняков 6. Верхняк 2, 3 представляет собой составную балку из двух отрезков шахтного профиля СВП, соединенных с помощью двух хомутов 7. Первая и основная часть верхняка 2, располагаемая в выработке, одним концом опирается на стойку 4, для чего в нем устраивается гнездо 8, для верхнего суженного конца стойки 4. Гнездо образуется путем устанавливаемого на верхняке ограничителя перемещения стойки 9 в виде стальной пластинки с помощью электросварки. Второй конец основной части верхняка с помощью хомутов 7 соединяется со второй частью 3, располагаемого в скважине 10 соответствующего профилю диаметра. Обе части верхняка соединяются двумя хомутами 7. За счет расположения второй частью в скважине верхняк получает вторую опору, передавая нагрузку на угольный или породный массив.

Металлическая из аналогичного верхняку профиля (профиль может быть и другой) стойка 4, 5, своим верхним суженным концом вставляется в гнездо 8, где фиксируется от перемещения по верхняку 2 с помощью ограничителя 9. На фиг. 1 представлена податливая из спецпрофиля СВП стойка, состоящая из двух отрезков, соединенных хомутами 11.

Элементы соединения верхняков 6 состоят из отрезков уголка (или другого профиля) 12, к концам которых с помощью электросварки присоединяются отрезки спецпрофиля 13. Элементы соединения с предыдущим и последующим верхняком устанавливаются рядом в определенном месте между приваренными к борту профиля отрезками из прямоугольного проката 14. Кровля выработки между верхняками имеет ограждение 15, в качестве которого могут применяться деревянные обаполы, металлическая сетка, полимерная или металлическая затяжка.

Предлагаемая конструкция крепи позволяет ускорить крепление выработки и уменьшить материалоемкость крепи на единицу ее длины за счет ликвидации рамы при повышении несущей способности системы крепи за счет передачи прилагаемой к верхняку нагрузки на соседние конструкции и вмещающий массив горных пород.

Изобретение может использоваться при креплении горных выработок. Металлическая крепь подготовительных выработок из спецпрофиля или смешанная крепь с верхняком из спецпрофиля или другого вида проката включает верхняк, стойку, ограждения между верхняками и элементы соединения верхняков. Прямолинейный верхняк крепи, состоящий из двух частей, соединяющихся хомутами, опирается одним концом на стойку у борта выработки, а вторым на массив вмещающих выработку пород второго борта путем размещения второй короткой части в специально пробуренной в этом массиве скважине и включается в систему крепи с помощью элементов соединения верхняков и массива горных пород. Изобретение позволяет уменьшить материалоемкость крепи на единицу длины выработки. 5 ил.

Металлическая крепь подготовленных выработок из спецпрофиля или смешанная крепь с верхняком из спецпрофиля или другого вида проката, включающая верхняк, стойку, ограждения между верхняками и элементы соединения верхняков, отличающаяся тем, что прямолинейный верхняк, состоящий из двух частей, соединяющихся хомутами, опирается одним концом на стойку у борта выработки, а вторым - на массив вмещающих выработку пород второго борта путем размещения второй короткой части в специально пробуренной в этом массиве скважине и включается в систему крепи с помощью элементов соединений с соседними верхняками и массива горных пород.