КОЛЬЦЕВАЯ СЕКЦИЯ КРЕПИ Российский патент 2006 года по МПК E21D11/04 E21D5/08 

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в качестве элементов силовых конструкций коммуникационных коллекторов, шахтных и вентиляционных каналов и т.д.

Для подобных конструкций сочетание высокой прочности, сопоставимой со сталью, при сравнительно малом весе и высокой коррозионной стойкости при воздействиях атмосферных, промышленных, химических и грунтовых агрессивных сред является наиболее выигрышным для обеспечения большой долговечности и надежности конструкций при существенном упрощении монтажных и строительных работ.

Известна композиционная секционная крепь для крепления выработки в породе, содержащая несущие кольцевые секции с одинарной наружной стенкой, с отверстиями в каждом, опорные силовые и соединительные стержневые резьбовые элементы (авторское свидетельство СССР №1460297, МПК⁴ Е 21 D 11/08, 1989 г.).

Известна тюбинговая крепь с грузонесущим ребрами (патент РФ №2105152, МПК⁶ Е 21 D 5/04, 1998 г.).

Известен комбинированный тюбинг и способ его изготовления (патент РФ №2107166, МПК⁶ Е 21 D 11/04, 1998 г.).

Известна тюбинговая крепь с различной модификацией профиля ребер жесткости (патенты США №5295764, НКИ 405-151, 1991 г., №4585371, №3859802, НКИ 405-152, 1973 г.).

Известна тюбинговая крепь (заявка ЕПВ №0089772 А1, МПК³ Е 21 D 11/00, 1983 г., №0335500 А1, МПК⁴ Е 21 D 11/08, 1989 г., №0234762 А1, МПК⁴ Е 21 D 11/08, 1987 г.).

Известна конструкция тюбинговой крепи для тоннельной обделки с использованием ребристой обшивки из волокнита (патент Японии №3028890 В₂, МПК⁷ Е 21 D 11/08, ИСМ, выпуск 63, №7, с.10).

В тюбинговой крепи (патент РФ №2173388, МПК⁷ Е 21 D 11/08, 2001 г.), состоящей из набора колец, образованных из тюбинговых блоков, предусмотрены продольные каналы для заполнения их твердеющей массой, а элемент шахтной крепи (патент РФ №2168637, МПК⁷ Е 21 D 11/04, 2001 г.) может быть выполнен с использованием стеклоткани.

В распорном стыке тюбинговой крепи (патент РФ №1259023, МПК⁴ Е 21 D 11/08, 1986 г.) использован фиксирующий элемент, выполненный из материала, обладающего свойством памяти формы при повышенной температуре.

В тюбинговой крепи с продавливанием колец (патент США №4112696, НКИ 405-145, 1977 г.) использованы средства для их фиксации.

Как следует из уровня техники, кольцевая секционная крепь имеет различные конструктивные модификации, приспособленные под различные породы, с использованием стыковых соединений, обеспечивающих их монтаж. К общим недостаткам известной крепи следует отнести использование в ней металла, что утяжеляет составные части крепи, увеличивает трудоемкость их монтажа. Кроме того, металлическая крепь подвержена воздействию коррозии и, следовательно, ее ослаблению и снижению надежности. Для преодоления этих недостатков требуется нанесение дорогостоящих антикоррозионных покрытий на металлической основе.

Известна секционная крепь (патент РФ №2229604, МПК⁷ Е 21 D 11/04, 5/08), содержащая опорные силовые элементы, выполненные в виде множества пересекающихся, равномерно распределенных спиральных и кольцевых или спиральных, кольцевых и продольных ребер, скрепленных с наружной стенкой, и выбранная в качестве ближайшего аналога, принятая за прототип.

Недостатком указанной конструкции является технологическая сложность и низкая энергоемкость конструктивной схемы в поле действия стандартных нагрузок.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создание кольцевой секции крепи из композиционных материалов повышенной прочности и жесткости при минимальной массе с повышенными технологическими и эксплуатационными характеристиками.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в разработке такой конструкции кольцевой секции из композиционных материалов, которая при использовании в крепи позволит (обеспечит) получить максимальную прочность и жесткость при минимальной массе при заданных габаритах с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками, а также создает предпосылки для качественно нового уровня конструктивного исполнения, технологии сборки и эксплуатации крепи для крепления выработки в породе.

Технический результат достигается тем, что в кольцевой секции крепи, предназначенной для крепления выработки в породе, содержащей наружную стенку, кольцевые фланцы с отверстиями в каждом, опорные и соединительные элементы, согласно изобретению по внутреннему контуру секции расположена замкнутая внутренняя стенка, а опорные элементы выполнены в виде прямолинейных опорных профилей постоянного сечения, расположенных между двумя стенками в упор к внутренним торцам кольцевых фланцев, скрепленных с ними и направленных по образующим и распределенных по поперечному сечению секции с образованием продольных полостей, причем внутренняя и наружная стенки, кольцевые фланцы и прямолинейные опорные профили выполнены из композиционного материала с армирующим материалом на основе стеклянных, базальтовых, углеродных, полимерных или синтетических волокон или комбинации из них с диаметром в диапазоне от 5 до 25 мкм и полимерного связующего и с объемным содержанием армирующего материала в композиционном материале в диапазоне от 40 до 85%.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи волокна в наружной и/или внутренней стенках и/или кольцевых фланцах могут быть расположены в виде, по крайней мере, двух пересекающихся семейств и/или, по крайней мере, двух переплетающихся семейств, и/или однонаправленного семейства, и/или хаотически расположенного семейства, или комбинации из всех или некоторых перечисленных, например в виде по крайней мере, одного слоя текстильной плетеной ткани или нитепрошивной ткани или мата из хаотически расположенных волокон или слоев кольцевого, или спирального, или продольно-поперечного, или косо-продольно-поперечного расположения.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи волокна в композиционном материале стенок, прямолинейных опорных профилей и кольцевых фланцев могут быть расположены в виде предварительно составленных групп, например нитей и/или жгутов.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи внутренняя и наружная стенки, и/или прямолинейные опорные профили, и/или кольцевые фланцы могут быть выполнены из композиционных материалов с разным армирующим материалом, и/или связующим, и/или объемным содержанием армирующего материала.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи прямолинейные опорные профили могут быть выполнены в виде полого контура с, по крайней мере, одной внутренней продольной полостью, например прямоугольного, треугольного, трапецеидального сечения или сечения сектора кольца.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи волокна в прямолинейных опорных профилях могут быть расположены в виде прямолинейного и непрерывного семейства вдоль всего профиля.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи волокна в прямолинейных опорных профилях могут быть расположены вдоль профиля в виде прямолинейного и непрерывного семейства и в виде семейств, пересекающихся и/или переплетающихся, и/или хаотически ориентированного семейства, например в виде, по крайней мере, одного слоя текстильной плетеной ткани, и/или нитепрошивной ткани, и/или мата с хаотическим расположением волокон на наружной и/или внутренней поверхностях профиля.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи волокна в прямолинейных опорных профилях могут быть расположены вдоль профиля в виде одного прямолинейного и непрерывного семейства и, по крайней мере, одного зигзагообразно изогнутого семейства.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи семейства пересекающихся и/или переплетающихся волокон могут быть выполнены в виде, по крайней мере, одного слоя мультиаксиальной ткани, например с расположением волокон в виде двух, трех и более семейств под углами [0°/90°] или [±45°] или [0°/±45°] или [0°/±45°/90°] к образующей секции.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи прямолинейные опорные профили могут быть выполнены в виде полок, примыкающих к наружной и/или внутренней стенкам и соединенных между собой, по крайней мере, одной перемычкой.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи прямолинейные опорные профили могут быть выполнены с перемычками, расположенными в радиальных плоскостях секции и/или в плоскостях, наклоненных под углом α к последним.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи наружные поверхности полок прямолинейных опорных профилей могут быть выполнены криволинейными в поперечном сечении, например ломанными или коаксиальными поверхностям наружных или внутренних стенок или с произвольной постоянной или переменной кривизной.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи прямолинейные опорные профили могут быть выполнены с продольными выступами и соответствующими им впадинами на крайних перемычках для фиксации соседних опорных профилей друг относительно друга.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи полки и/или крайние перемычки прямолинейных опорных профилей могут быть выполнены с распределенными по поверхности отверстиями, и/или углублениями, и/или рисками.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи прямолинейные опорные профили могут быть соединены между собой, например, клеевым, механическим или иным соединением или комбинацией из нескольких.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи опорные профили выполнены, по крайней мере, двух типов с различной геометрией, и/или жесткостью, и/или армирующим материалом, и/или связующим, и/или расположением армирующего материала или их комбинации.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи кольцевые фланцы выполнены с, по крайней мере, одним кольцевым центрирующим выступом и ответной впадиной на противоположных торцевых поверхностях.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи кольцевые фланцы могут быть выполнены с кольцевыми канавками на торцах под соответствующие герметизирующие элементы.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи кольцевые фланцы могут быть выполнены с криволинейными кольцевыми торцевыми поверхностями, конгруэнтными для противоположных кольцевых фланцев.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи наружная и/или внутренняя стенки могут быть выполнены с износостойким покрытием, например полиуретановым, фторопластовым.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи внутренняя и/или наружная стенки могут быть выполнены с антистатическим покрытием на основе токопроводящих ткани или отдельных волокон, или лакокрасочного покрытия, или их комбинации.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи внутренняя стенка может быть выполнена с локальными отверстиями в зоне размещения крепежных элементов в кольцевых фланцах.

Поставленная задача решается также и тем, что в кольцевой секции крепи, по крайней мере в одной продольной полости, могут быть распложены жесткая вставка или заполнитель, например, на основе пенополиуретана.

Отличительными особенностями кольцевой секции крепи являются следующие признаки:

- по внутреннему контуру секции расположена замкнутая внутренняя стенка;

- между двумя стенками в упор к внутренним торцам кольцевых фланцев расположены скрепленные с ними прямолинейные постоянного сечения опорные профили;

- направленные по образующим и распределенные по поперечному сечению секции;

- с образованием продольных полостей;

- причем внутренняя и наружная стенки, кольцевые фланцы и прямолинейные опорные профили выполнены из композиционного материала с армирующим материалом на основе стеклянных, базальтовых, углеродных, полимерных или синтетических волокон или комбинации из них с диаметром в диапазоне от 5 до 25 мкм и полимерного связующего;

- и с объемным содержанием армирующего материала в композиционном материале в диапазоне от 40 до 85%.

Дополнительными отличительными особенностями кольцевой секции крепи являются следующие признаки:

- волокна в наружной и/или внутренней стенках, и/или кольцевых фланцах расположены в виде, по крайней мере, двух пересекающихся семейств, и/или, по крайней мере, двух переплетающихся семейств, и/или однонаправленного семейства, и/или хаотически расположенного семейства или комбинации из всех или некоторых перечисленных, например, в виде по крайней мере, одного слоя текстильной плетеной ткани, или нитепрошивной ткани, или мата из хаотически расположенных волокон или слоев кольцевого, или спирального, или продольно-поперечного, или косо-продольно-поперечного расположения;

- волокна в композиционном материале стенок, прямолинейных опорных профилей и кольцевых фланцев расположены в виде предварительно составленных групп, например нитей и/или жгутов;

- внутренняя и внешняя стенки, и/или прямолинейные опорные профили, и/или кольцевые фланцы выполнены из композиционного материала с разным армирующим материалом, и/или связующим, и/или объемным содержанием армирующего материала;

- прямолинейные опорные профили выполнены в виде полого контура с, по крайней мере, одной внутренней продольной полостью, например, прямоугольного, треугольного, трапециидального сечения или сечения сектора кольца;

- волокна в опорных профилях расположены прямолинейно и непрерывно вдоль всего профиля;

- волокна в прямолинейных опорных профилях расположены вдоль профиля в виде прямолинейного и непрерывного семейства и в виде семейств, пересекающихся и/или переплетающихся, и/или хаотически ориентированного семейства в виде, по крайней мере, одного слоя на наружной и/или внутренней поверхностях профиля;

- волокна в прямолинейных опорных профилях расположены вдоль профиля в виде одного прямолинейного и непрерывного семейства и, по крайней мере, одного зигзагообразно изогнутого семейства;

- семейства пересекающихся и/или переплетающихся волокон выполнены в виде, по крайней мере, одного слоя мультиаксиальной ткани, например, с расположением волокна в виде двух, трех и более семейств под углами [0°/90°] или [±45°] или [0°/±45°] или [0°/±45°/90°] к образующей секции;

- прямолинейные опорные профили выполнены в виде полок, примыкающих к наружной и/ли внутренней стенкам и соединенных между собой, по крайней мере, одной перемычкой;

- прямолинейные опорные профили выполнены с перемычками, расположенными в радиальных плоскостях секции и/или в плоскостях, наклоненных под углом α к последним;

- наружные поверхности полок прямолинейных опорных профилей выполнены криволинейными в поперечном сечении, например ломанными или коаксиальными поверхностям наружных или внутренних стенок или с произвольной постоянной или переменной кривизной;

- прямолинейные опорные профили выполнены с продольными выступами и соответствующими им впадинами на крайних перемычках для фиксации соседних опорных профилей друг относительно друга;

- полки и/или крайние перемычки прямолинейных опорных профилей выполнены с распределенными по поверхности отверстиями, и/или углублениями, и/или рисками;

- прямолинейные опорные профили соединены между собой, например, клеевым, механическим или иным соединением или комбинацией из нескольких;

- прямолинейные опорные профили выполнены, по крайней мере, двух типов с различной геометрией сечения, и/или жесткостью, и/или армирующим материалом, и/или связующим, и/или расположением армирующего материала или их комбинации;

- кольцевые фланцы выполнены с, по крайней мере, одним кольцевым центрирующим выступом и ответной впадиной на противоположных торцевых поверхностях;

- кольцевые фланцы выполнены с кольцевьми поверхностями на торцах под соответствующие герметизирующие элементы;

- кольцевые фланцы выполнены с криволинейными кольцевыми торцевыми поверхностями, конгруэнтными для противоположных кольцевых фланцев;

- наружная и/или внутренняя стенки выполнены с износостойким покрытием, например полиуретановым, фторопластовым;

- внутренняя и/или наружная стенки выполнены с антистатическим покрытием на основе токопроводящих ткани, или отдельных волокон, или лакокрасочного покрытия, или их комбинации;

- внутренняя стенка выполнена с локальными радиальными отверстиями в зоне размещения крепежных элементов в кольцевых фланцах;

- по крайней мере, в одной продольной полости распложены жесткая вставка или заполнитель, например, на основе пенополиуретана;

Указанные отличительные признаки являются существенными, т.к. каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и получение нового технического результата.

Выполнение кольцевой секции крепи с внутренней кольцевой стенкой и с прямолинейными постоянного сечения опорными профилями, расположенными между двумя стенками в упор к внутренним торцам кольцевых фланцев, направленные по образующим и распределенные по поперечному сечению секции позволяют получить конструкцию минимальной массы при требуемой прочности и жесткости для стандартного набора эксплуатационных нагрузок. В качестве таковых являются осевая нагрузка и наружное внешнее давление, различное в вертикальном и горизонтальном направлениях. Осевая нагрузка возникает при продавливании крепи в породу и при продольном балочном изгибе при возможном местном проседании грунта. Внешнее давление определяется горным давлением окружающей породы.

Потенциальные возможности композиционных материалов, которые по удельной прочности и жесткости выше чем у стали, максимально реализуются при действии нагрузок вдоль прямолинейных армирующих волокон. Поэтому прямолинейные опорные профили с продольными волокнами, расположенные по образующей секции, наиболее эффективны при действии осевых нагрузок. При действии внешнего давления возникают изгибные деформации в поперечном сечении и для такого случая наиболее эффективна конструкция в виде двух разнесенных, но скрепленных между собой оболочек. В этом случае для получения максимального эффекта волокна должны располагаться в кольцевом направлении - вдоль действия сжимающих и растягивающих изгибающих усилий. Но при совместном действии осевой силы и внешнего давления необходимо обеспечивать необходимую прочность и деформативность в стенках, опорных профилях и кольцевых фланцах по нескольким направлениям. Для этого используются семейства (слои) перекрещивающихся, пересекающихся волокон или слоев со спиральным, продольно-поперечным, косо-продольно-поперечным или хаотическим расположением волокон. Использование таких расположений или комбинаций из них позволяет плавно, в широком диапазоне изменять физико-механические характеристики композиционного материала, добиваясь получения наиболее оптимальной конструкции для заданного сочетания нагрузок. При этом, как показали экспериментальные работы, максимальные физико-механические характеристики композиционного материала получаются при использовании волокон с диаметром в диапазоне от 5 до 25 мкм. Для этого же, с учетом характеристик окружающей среды, объемное содержание волокон в массе композиционного материала должно быть в диапазоне от 40 до 85%. Указанное объемное содержание волокон в массе композиционного материала позволяет получить конструкцию кольцевой секции крепи высокой прочности и надежности при пониженной материалоемкости.

Использование предварительно изготовленных прямолинейных опорных профилей с продольными непрерывными волокнами позволяет существенно повысить несущую способность конструкции. Использование опорных профилей открытого или полого сечения позволяет варьировать прочностными и деформационными характеристиками кольцевой секции в широком диапазоне, не изменяя общих габаритных размеров секции. Используя различные опорные профили по окружности, можно менять окружные физико-механические характеристики секции.

Использование специальных покрытий на основе полимеров или волокон существенно улучшает эксплуатационные характеристики и позволяет получать конструкции в целом с различными потребительскими свойствами различной номенклатуры с учетом реализации основных существенных признаков.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенное техническое решение соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания кольцевой секции крепи и достичь новый технический результат в массовом и эксплуатационном совершенстве конструкции с обеспечением их повышенной прочности и надежности, что характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа.

Кольцевая секция крепи в предложенных вариантах является новыми модификациями исполнения, позволяющими получать широкую гамму функциональных характеристик для каждого конкретного эксплуатационного назначения. Новое техническое решение является результатом исследовательских и опытно-экспериментальных работ, творческого вклада, получено без использования стандартизованных решений или каких-либо рекомендаций в данной области техники, является оригинальным, неочевидным для круга специалистов в данной области техники, соответствует в предложенной совокупности существенных признаков критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами с кратким их описанием.

На фиг.1 (а, б) представлен общий вид кольцевой секции крепи; на фиг.2-13 - варианты исполнения кольцевой секции крепи.

Более подробное описание сущности изобретения состоит в следующем.

Кольцевая секция крепи (фиг.1а, 1б) содержит наружную 1 и внутреннюю 2 стенки, расположенные между ними в упор к внутренним торцам 3, 4 кольцевых фланцев 5, 6 прямолинейные постоянного сечения опорные профили 7, с образованием продольных полостей 8. Кольцевые фланцы 5, 6 содержат отверстия 9, в которых расположены соединительные элементы 10. Внутренняя 2 и наружная 1 стенки и прямолинейные опорные профили выполнены из композиционного материала с армирующим материалом на основе стеклянных, базальтовых, углеродных, полимерных или синтетических волокон 11 или комбинации из них с диаметром в диапазоне от 5 до 25 мкм и полимерного связующего 12.

Волокна 11 в наружной 1 и/или внутренней 2 стенках и/или в кольцевых фланцах 5, 6 (фиг.2) могут быть расположены в виде, по крайней мере, двух пересекающихся семейств 13, и/или, по крайней мере, двух переплетающихся семейств 14, и/или однонаправленного семейства 15, и/или хаотически расположенного семейства 17, или комбинации из всех или некоторых перечисленных, например, в виде кольцевых слоев 15, и/или спиральных слоев 16, и/или, по крайней мере, одного слоя текстильной плетеной ткани, или нитепрошивной ткани, или мата из хаотически расположенных волокон или продольно-поперечного или косо-продольно-поперечного расположения.

Волокна 11 в прямолинейных опорных профилях 7 могут быть расположены вдоль профиля (фиг.2) в виде однонаправленного прямолинейного и непрерывного семейства 25 и в виде семейств пересекающихся 13, и/или переплетающихся 14, и/или хаотически ориентированных волокон 17 в виде, по крайней мере, одного слоя на наружной и/или внутренней поверхностях профиля.

Волокна 11 в прямолинейных опорных профилях 7 расположены вдоль профиля в виде одного однонаправленного прямолинейного и непрерывного семейства 25 и, по крайней мере, одного зигзагообразно изогнутого семейства 26 (фиг.3).

Прямолинейные опорные профили 7 могут быть выполнены в виде полого контура с, по крайней мере, одной внутренней продольной полостью 24, например, прямоугольного (фиг.4а), треугольного (фиг.4б), трапецеидального сечения (фиг.4в) или сечения сектора кольца (фиг.4г).

Прямолинейные опорные профили 7 могут быть выполнены в виде полок 27, примыкающих к наружной 1 и/или внутренней 2 стенкам и соединенных между собой, по крайней мере, одной перемычкой 28 (фиг.5, 13).

Прямолинейные опорные профили 7 могут быть выполнены с перемычками 28, расположенными в радиальных плоскостях секции и/или в плоскостях, наклоненных под углом α к последним (фиг.6).

Наружные поверхности полок 27 прямолинейных опорных профилей 7 могут быть выполнены криволинейными в поперечном сечении, например ломанными 29 (фиг.7) или коаксиальными поверхностям наружной 1 или внутренней 2 стенок (фиг.6) или с произвольной постоянной или переменной кривизной 30, 31 (фиг.4б).

Прямолинейные опорные профили 7 могут быть выполнены с продольными выступами 32 и соответствующими им впадинами 33 на крайних перемычках 28 для фиксации соседних опорных профилей друг относительно друга (фиг.8).

Полки 27 и/или крайние перемычки 28 прямолинейных опорных профилей 7 могут быть выполнены с распределенными по поверхности отверстиями 34 (фиг.3, 7), и/или углублениями 35 (фиг.3, 7), и/или рисками 36 (фиг.3).

Прямолинейные опорные профили 7 могут быть соединены между собой, например, клеевым, механическим или иным соединением или комбинацией из нескольких.

Прямолинейные опорные профили 7 выполнены, по крайней мере, двух типов с различной геометрией сечения (фиг.9), и/или жесткостью, и/или армирующим материалом, и/или связующим, и/или расположением армирующего материала.

Кольцевые фланцы 5, 6 могут быть выполнены с, по крайней мере, одним кольцевым центрирующим выступом 37 и с ответной кольцевой впадиной 38 на противоположных торцевых поверхностях (фиг.10).

Кольцевые фланцы 5, 6 могут быть выполнены с кольцевыми канавками 39 на торцах под соответствующие герметизирующие элементы (фиг.11).

Кольцевые фланцы 5, 6 могут быть выполнены с криволинейными кольцевыми торцевыми поверхностями 40, 41, конгруэнтными для противоположных (фиг.12).

Наружная 1 и/или внутренняя 2 стенки могут быть выполнены с износостойким покрытием 42, например полиуретановым, фторопластовым (фиг.13).

Внутренняя 2 и/или наружная 1 стенки могут быть выполнены с антистатическим покрытием на основе токопроводящих ткани, или отдельных волокон, или лакокрасочного покрытия, или их комбинации.

Внутренняя стенка 2 может быть выполнена с локальными отверстиями 43 в зоне размещения соединительных элементов 10 в кольцевых фланцах 5, 6 (фиг.3).

По крайней мере, в одной продольной полости прямолинейного опорного профиля 7 может быть распложена жесткая вставка 44 или заполнитель, например, на основе пенополиуретана (фиг.3).

Прямолинейные опорные профили кольцевой секции крепи (фиг.1-13), состоящие из расположенной в полимерной среде плотной упаковки преимущественно прямолинейных волокон, предварительно получают методами изготовления армированных композиционных материалов, например: прессованием, пультрузией, методами автоклавного формования и т.д.

Изготовленные кольцевые секции крепи с использованием рассмотренных решений обладают повышенными массовым совершенством и технологичностью при требуемой прочности и деформативности.

Следует отметить, что могут быть различные комбинации выполнения кольцевой секции крепи: формы, размеров, расположения и конфигурации прямолинейных опорных профилей и расположения армирующих волокон во всех элементах кольцевой секции, если это не выходит за пределы объема изобретения, изложенного в пунктах формулы.

Проведенные испытания фрагментов конструкционных элементов показали положительные результаты. Новое техническое решение воспроизводимо в условиях производства, обеспечивает решение поставленной задачи и достижение нового технического результата.

Изобретение относится к строительным конструкциям, предназначено для крепления выработки в породе и может быть использовано в качестве элементов силовых конструкций коммуникационных коллекторов, шахтных и вентиляционных каналов и т.д. Обеспечивает повышенную прочность и жесткость конструкции при минимальной массе, улучшение технологических и эксплуатационных характеристик. Секция крепи содержит наружную стенку, кольцевые фланцы с отверстиями в каждом, опорные и соединительные элементы. По внутреннему контуру секции расположена замкнутая внутренняя стенка. Опорные элементы выполнены в виде прямолинейных опорных профилей постоянного сечения, расположенных между двумя стенками в упор к внутренним торцам кольцевых фланцев, скрепленных с ними, направленных по образующим и распределенных по поперечному сечению секции с образованием продольных полостей. Внутренняя и наружная стенки, кольцевые фланцы и прямолинейные опорные профили выполнены из композиционного материала с армирующим материалом на основе стеклянных, базальтовых, углеродных, полимерных или синтетических волокон или комбинации из них с диаметром в диапазоне от 5 до 25 мкм и полимерного связующего с объемным содержанием армирующего материала в композиционном материале в диапазоне от 40 до 85%. 23 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Кольцевая секция крепи, предназначенной для крепления выработки в породе, содержащая наружную стенку, кольцевые фланцы с отверстиями в каждом, опорные и соединительные элементы, отличающаяся тем, что по внутреннему контуру секции расположена замкнутая внутренняя стенка, а опорные элементы выполнены в виде прямолинейных опорных профилей постоянного сечения, расположенных между двумя стенками в упор к внутренним торцам кольцевых фланцев, скрепленных с ними и направленных по образующим и распределенных по поперечному сечению секции с образованием продольных полостей, причем внутренняя и наружная стенки, кольцевые фланцы и прямолинейные опорные профили выполнены из композиционного материала с армирующим материалом на основе стеклянных, базальтовых, углеродных, полимерных или синтетических волокон или комбинации из них с диаметром в диапазоне от 5 до 25 мкм и полимерного связующего и с объемным содержанием армирующего материала в композиционном материале в диапазоне от 40 до 85%.2. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что волокна в наружной, и/или внутренней стенках, и/или кольцевых фланцах расположены в виде, по крайней мере, двух пересекающихся семейств, и/или, по крайней мере, двух переплетающихся семейств, и/или однонаправленного непрерывного семейства, и/или хаотически расположенного семейства или комбинации из всех или некоторых перечисленных в виде, по крайней мере, одного слоя текстильной плетеной ткани, или нитепрошивной ткани, или мата из хаотически расположенного семейства, или слоев кольцевого, или спирального, или продольно-поперечного, или косо-продольно-поперечного расположения.3. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что волокна в композиционном материале внутренней и наружной стенок, прямолинейных опорных профилей и кольцевых фланцев расположены в виде групп нитей и/или жгутов.4. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная стенки, и/или прямолинейные опорные профили, и/или фланцы выполнены из композиционного материала с разным армирующим материалом, и/или связующим, и/или объемным содержанием армирующего материала.5. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что прямолинейные опорные профили выполнены в виде полого контура прямоугольного, и/или треугольного, и/или трапецеидального сечения, и/или сечения сектора кольца с, по крайней мере, одной внутренней продольной полостью. 6. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что волокна в прямолинейных опорных профилях расположены прямолинейно и непрерывно вдоль всего профиля.7. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что волокна в прямолинейных опорных профилях расположены вдоль профиля в виде прямолинейного и непрерывного семейства и в виде семейств пересекающихся, и/или переплетающихся, и/или хаотически ориентированного семейства в виде, по крайней мере, одного слоя на поверхности профиля в виде текстильной плетеной ткани, или нитепрошивной ткани, или мата с хаотическим расположением волокон.8. Кольцевая секция по п.5, отличающаяся тем, что волокна в прямолинейных опорных профилях расположены вдоль профиля в виде прямолинейного и непрерывного семейства и в виде семейств пересекающихся, и/или переплетающихся, и/или хаотически ориентированного семейства в виде, по крайней мере, одного слоя на наружной и/или внутренней поверхностях профиля в виде текстильной плетеной ткани, или нитепрошивной ткани, или мата с хаотическим расположением волокон.9. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что волокна в прямолинейных опорных профилях расположены вдоль профиля в виде одного прямолинейного и непрерывного семейства и, по крайней мере, одного зигзагообразно изогнутого семейства.10. Кольцевая секция по любому из пп.2, 7, 8, отличающаяся тем, что семейства пересекающихся и/или переплетающихся волокон выполнены в виде, по крайней мере, одного слоя мультиаксиальной ткани, например с расположением волокна в виде двух, трех и более семейств под различными углами.11. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что прямолинейные опорные профили выполнены в виде полок, примыкающих к наружной и/или внутренней стенкам и соединенных между собой, по крайней мере, одной перемычкой.12. Кольцевая секция по п.11, отличающаяся тем, что прямолинейные опорные профили выполнены с перемычками, расположенными в радиальных плоскостях секции и/или в плоскостях, наклоненных под углом α к последним.13. Кольцевая секция по п.11, отличающаяся тем, что наружные поверхности полок выполнены криволинейными в поперечном сечении, ломанными или коаксиальными поверхностям наружных или внутренних стенок, или с произвольной постоянной, или переменной кривизной.14. Кольцевая секция по любому из пп.5, 11, отличающаяся тем, что прямолинейные опорные профили выполнены с продольными выступами и соответствующими им впадинами на крайних перемычках для фиксации соседних профилей относительно друг друга.15. Кольцевая секция по п.11, отличающаяся тем, что полки и/или крайние перемычки прямолинейных опорных профилей выполнены с распределенными по поверхности отверстиями, и/или углублениями, и/или рисками.16. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что прямолинейные опорные профили соединены между собой клеевым, механическим или иным соединением или комбинацией из нескольких.17. Кольцевая секция по любому из пп.1, 5, отличающаяся тем, что прямолинейные опорные профили выполнены, по крайней мере, двух типов с различной геометрией сечения, и/или жесткостью, и/или армирующим материалом, и/или связующим, и/или расположением армирующего материала или их комбинации.18. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые фланцы выполнены с, по крайней мере, одним кольцевым центрирующим выступом и ответной впадиной на противоположных торцевых поверхностях.19. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые фланцы выполнены с кольцевыми канавками на торцах под соответствующие герметизирующие элементы.20. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые фланцы выполнены с криволинейными кольцевыми торцевыми поверхностями, конгруэнтными для противоположных фланцев.21. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что наружная и/или внутренняя стенки выполнены с износостойким покрытием.22. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя и/или наружная стенки выполнены с антистатическим покрытием на основе токопроводящих ткани, или отдельных волокон, или лакокрасочного покрытия, или их комбинации.23. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя стенка выполнена с локальными отверстиями в зоне размещения крепежных элементов во фланцах.24. Кольцевая секция по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, в одной продольной полости прямолинейного опорного профиля расположена жесткая вставка или заполнитель.