МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ АРОЧНАЯ ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ Российский патент 1999 года по МПК E21D11/22 

Изобретение относится к области крепления горных выработок, а именно к арочной крепи.

Известна металлическая арочная податливая крепь, включающая стойки и верхняк, соединенные между собой металлическими хомутами с соединительной планкой, скобой и гайками, при этом хомуты снабжены дополнительными профилированными планками с ребрами жесткости, расположенными диаметрально и направленными в противоположные стороны [1].

Недостатком известной крепи является то, что под действием повышенных нагрузок со стороны пород выработки может произойти размыкание элементов крепи в месте их нахлестки с образованием "зева", что приведет к вытягиванию скобы, тогда металлический хомут перестает работать вследствие его ослабления, в результате крепь теряет заданное ей конструкцией сопротивление, что снижает ее несущую способность и не позволяет использовать ее в сложных горно-геологических условиях.

Известна металлическая арочная податливая крепь, включающая верхняк и стойки, соединенные между собой внахлестку узлами податливости, состоящие из скобы, обхватывающей верхняк и стойку, планки, регулировочных гаек и внутренних упругих элементов. Причем крепь снабжена дополнительными упругими элементами, выполненными в виде тарельчатых пружин с жесткостью на порядок ниже, чем у внутренних упругих элементов, и планками, причем дополнительные упругие элементы расположены между дополнительными планками на скобе с внешней стороны элемента крепи [2].

Недостатком данной конструкции крепи является то, что при избыточных (динамических) нагрузках не всегда возможно достигнуть повышенного сопротивления перемещению профилей в узлах податливости вследствие возможности исключения из работы внешних упругих элементов, обращенных к стенкам выработки, по причине заклинивания их отслоившейся породой. Это снижает эффект демпфирования, а следовательно, и несущую способность крепи, которая не сможет работать в режиме заданной нагрузки.

Кроме того, требуются значительные трудозатраты при монтаже узла податливости вследствие сложности конструктивного его исполнения.

Описанные недостатки снижают эксплуатационную надежность крепи при работе ее в сложных горно-геологических условиях.

Основной задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности и несущей способности крепи за счет обеспечения постоянного сопротивления узла податливости путем стабилизации усилия сжатия элементов крепи (верхняка и стойки), а также снижение трудоемкости возведения крепи.

Указанная задача решается тем, что в металлической арочной податливой крепи, включающей верхняк и стойки, соединенные между собой внахлестку узлами податливости, состоящими из скобы, охватывающей верхняк и стойку, планки и гаек, согласно изобретению планка каждого узла податливости имеет в поперечном сечении U-образную форму и которая выполнена из переформированного отрезка спецпрофиля, предварительно вытянутого относительно его вертикальной оси с оставлением зазора между боковыми стенками с возможностью их смыкания при монтаже узла податливости для придания им пружинящих свойств в пределах упругих деформаций при воздействии на крепь динамических нагрузок со стороны пород кровли выработки, причем U-образная планка ориентирована в узле так, что торцовые кромки боковых стенок, которыми являются боковые стенки переформированного отрезка спецпрофиля, обращены в сторону верхняка крепи, а закрытый торец U-образной планки имеет цилиндрическую поверхность.

В сравнении с известным уровнем техники указанная выше совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволит создать надежную конструкцию арочной крепи, способную воспринимать повышенные избыточные нагрузки в условиях интенсивного проявления сил горного давления за счет повышения ее несущей способности, достигаемой стабилизацией усилия сжатия элементов (верхняка и стойки) крепи, обеспечивающей постоянное сопротивление узла податливости.

Физически указанный эффект стабилизации состоит в том, что при увеличении горного давления нагрузка на крепь возрастает, происходит проскальзывание верхняка относительно стойки, скоба начинает работать на растяжение. При этом удлинение скобы компенсируется раскрытием зазора между боковыми стенками планки, что приводит к сохранению постоянного (рабочего) сопротивления крепи и она продолжает работать в режиме заданной нагрузки.

Описанный физический эффект стабилизации в арочной крепи достигается благодаря выполнению планки узла податливости U-образной формы в поперечном сечении. Наиболее предпочтительно такую форму планки выполнить из переформированного отрезка спецпрофиля, предварительно вытянутого относительно его вертикальной оси с оставлением зазора между боковыми стенками с возможностью их смыкания при монтаже узла податливости для придания им пружинящих свойств. За счет наличия у описываемой планки пружинящих свойств происходит раскрытие зазора между боковыми стенками U-образной планки при проявлении сил горного давления, а за счет компенсации этим зазором удлинения скобы достигается стабилизации усилий прижатия верхняка и стойки крепи и соответственно постоянное сопротивление узла податливости.

Выполнение планки из вытянутого отрезка спецпрофиля обеспечивает достаточно высокое упругое сопротивление ее боковых стенок изгибу, которое необходимо в экстренных случаях, например при заклинивании узла податливости.

Известна из уровня техники арочная крепь из спецпрофиля, планки замкового соединения элементов которой выполнены в виде пластинчатой пружины с цилиндрической поверхностью со стороны днища спецпрофиля, обеспечивающей пружинящее действие этих планок и соответственно компенсацию деформация замкового соединения (3).

Однако пружинящие свойства планки в узлах податливости известной и заявляемой арочной крепи не подтверждают их идентичность, поскольку известная крепь (3) обладает недостатком, заключающимся в отсутствии возможности достигнуть регулирования усилия сжатия элементов крепи, когда под действием сил горного давления цилиндрические кромки планки выпрямятся и пружинящие свойства ее исчезнут.

Из изложенного следует, что использование известной крепи (3) по своему назначению не в состоянии решить поставленную задачу - повысить несущую способность крепи за счет обеспечения эффекта стабилизации усилия сжатия элементов крепи, обуславливающего постоянное сопротивление узла податливости.

Другим достоинством заявляемой крепи является ориентирование U-образной планки в узле податливости так, что торцовые кромки боковых стенок, которыми являются боковые стенки переформированного отрезка спецпрофиля, обращены в сторону верхняка крепи, что позволяет указанные кромки зацепить за верхний торец стойки для обеспечения проектного положения замка на весь период эксплуатации крепи, обеспечивая ей надежную работу.

Выполнение закрытого торца планки цилиндрической формы позволяет обеспечить ее стенкам параллельное расположение относительно друг друга, сформировать зазор между этими стенками для придания им пружинящих свойств после смыкания в узле податливости.

На основании вышеизложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом.

Таким образом, реализация заявляемого изобретения позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационной надежности несущей способности крепи, достигаемой возможностью обеспечения постоянного сопротивления узла податливости за счет стабилизации усилия сжатия элементов крепи при работе в податливом режиме, и который не известен из сведений об уровне техники используемых арочных крепей на данном этапе, а поэтому заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 изображена арочная крепь, общий вид; на фиг. 2 - узел I фиг. 1, положение планки при монтаже крепи; на фиг. 3 - то же, что на фиг. 2, положение планки при работе крепи; на фиг. 4 - U-образная планка, в аксонометрии.

Металлическая арочная крепь состоит из верхняка 1 и двух стоек 2, соединенных между собой внахлестку узлами податливости, каждый из которых состоит из скобы 3, охватывающей верхняк 1 и стойку 2, планки 4 и гаек 5.

При этом планка 4 имеет в поперечном сечении U-образную форму до ее монтажа в узле податливости (фиг. 4). Для придания такой формы планка 4 выполнена из переформированного отрезка спецпрофиля, предварительно вытянутого относительно его вертикальной оси "Y" с оставлением зазора "l" между боковыми стенками 6, причем величину зазора "l" принимают из расчета рабочего сопротивления крепи, способной работать в режиме заданной нагрузки. В собранном виде узла податливости U-образная планка 4 ориентирована так, что торцовые кромки 7 боковых стенок 6, которыми являются боковые стенки переформированного отрезка спецпрофиля, обращены в сторону верхняха 1 крепи и взаимодействуют с верхним торцом стойки 2 для того, чтобы узел податливости во время работы крепи сохранял проектное положение.

Для того чтобы боковые стенки 6 планки 4 имели параллельное расположение относительно ее вертикальной оси, закрытий торец 8 этой планки имеет цилиндрическую поверхность (фиг. 4).

При монтаже узла податливости верхняк 1 и стойку 2 крепи соединяют в месте нахлестки скобой 3 и U-образной планкой 4 посредством гаек 5 до смыкания боковых стоек 6, чтобы придать им пружинящие свойства в пределах упругой деформации.

При воздействии на арочную крепь сил горного давления верхняка 1 начинает смещаться относительно стоек 2, благодаря чему обеспечивается работа крепи в податливом режиме.

По мере дальнейшего воздействия сил горного давления на крепь продолжается процесс проскальзывания верхняка 1 относительно стойки, а поскольку скоба 3, как известно, работает на растяжение (удлинение), происходит размыкание боковых стенок 6 U-образной планки 4 на величину Δl, пропорциональную величине удлинения скобы 3 (фиг. 3). Таким образом происходит постепенное раскрытие боковых стенок 6 планки 4 за счет пружинящих свойств в пределах упругих деформаций, обеспечивая постоянное сопротивление соединительного узла, что в свою очередь обеспечивает работу крепи в податливом режиме на величину, обусловленную ее конструкцией.

Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет сохранить заданное сопротивление крепи, а следовательно, и ее несущую способность за счет обеспечения постоянного сопротивления узла податливости путем стабилизации усилия сжатия элементов крепи, что повышает эксплуатационную надежность крепи при работе в предельном состоянии, а также значительно, по сравнению с прототипом, снизить трудозатраты на монтаж узлов податливости.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 875070, E 21 D 11/14, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР N 846738, E 21 D 11/14, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР N 1592504, E 21 D 11/14, 1988.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при креплении горных выработок арочной крепью. Оно позволяет повысить аксплуатационную надежность и несущую способность крепи за счет обеспечения постоянного сопротивления узла податливости путем стабилизации усилия сжатия элементов крепи и снижения трудоемкости возведения крепи. Металлическая арочная податливая крепь имеет верхняк и стойки, соединенные между собой внахлестку узлами податливости, состоящими из скобы, охватывающей верхняк и стойку, планки и гаек. Планка каждого узла податливости имеет в поперечном сечении U-образную форму и выполнена из переформированного отрезка спецпрофиля, предварительно вытянутого относительно его вертикальной оси с оставлением зазора между боковыми стенками с возможностью их смыкания при монтаже узла податливости для придания им пружинящих свойств в пределах упругой деформации при воздействии на крепь сил горного давления со стороны пород кровли выработки. U-образная планка ориентирована в узле так, что торцевые кромки боковых стенок, которыми являются боковые стенки переформированного отрезка спецпрофиля, обращены в сторону верхняка крепи, а закрытый торец U-образной планки имеет цилиндрическую поверхность. 4 ил.

Металлическая арочная податливая крепь, включающая верхняк и стойки, соединенные между собой внахлестку узлами податливости, состоящими из скобы, охватывающей верхняк и стойку, планки и гаек, отличающаяся тем, что планка каждого узла податливости имеет в поперечном сечении U-образную форму и выполнена из переформированного отрезка спецпрофиля, предварительно вытянутого относительно его вертикальной оси с оставлением зазора между боковыми стенками с возможностью их смыкания при монтаже узла податливости для придания им пружинящих свойств в пределах упругой деформации при воздействии на крепь сил горного давления со стороны пород кровли выработки, причем U-образная планка ориентирована в узле так, что торцевые кромки боковых стенок, которыми являются боковые стенки переформированного отрезка спецпрофиля, обращены в сторону верхняка крепи, а закрытый торец U-образной планки имеет цилиндрическую поверхность.