Монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки Российский патент 2022 года по МПК E21D11/04 

Область техники

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению горизонтальных горных выработок в условиях высокого горного давления.

Уровень техники

Известно устройство крепь шахтного ствола (патент RU 2110689 С1, 10.05.1998, МПК E21D 5/04), включающая несущую железобетонную оболочку, компенсационную оболочку, разделенную ребрами жесткости с образованием вертикальных каналов, заполненных податливым вспененным материалом, анкерные стержни, закрепленные в массиве горных пород и соединенные с несущей железобетонной оболочкой, причем анкерные стержни закреплены в массиве горных пород под острыми углами к стенкам шахтного ствола в вертикальной плоскости и соединены с несущей железобетонной оболочкой гибкими нитями (канатами, стержнями, тросами), размещенными в ребрах жесткости компенсационной оболочки, к анкерным стержням прикреплена сетка временного крепления стенок шахтного ствола.

Недостатком известного устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи горной выработки.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, (Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 91) состоящее из бетонного тела и каркаса включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода и арматурные поперечные скобы, с шагом соответствующим расчетному шагу армирования.

Недостатком наиболее близкого устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи горной выработки.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи горизонтальной горной выработки.

Указанный технический результат достигается в устройстве монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, состоящем из бетонного тела и каркаса включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода и арматурные поперечные скобы, с шагом соответствующим расчетному шагу армирования, причем горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь горизонтальной горной выработки, для вертикальных и горизонтальных прутков арматуры максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и основанию горизонтальной горной выработки, соответственно, для армируемых поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи, для прутков, установленных по дуге свода в виде полу эллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с радиусом полуэллипса свода горизонтальной горной выработки.

Отличительными признаками являются:

горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, для повышения надежности монолитной железобетонной крепи;

большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь горизонтальной горной выработки, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи;

для вертикальных и горизонтальных прутков арматуры максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и основанию горизонтальной горной выработки, соответственно, что увеличивает надежность крепи с меньшим расходом материалов;

для армируемых поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи, такое направление увеличивает жёсткость каркаса и крепи в целом;

для прутков, установленных по дуге свода в виде полу эллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с радиусом полуэллипса свода горизонтальной горной выработки, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи на своде.

Принцип надежности арматуры состоит в изменении геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом для увеличения момента сопротивления в определенном направлении, а значит, увеличении и надежности конструкции. Момент сопротивления по оси максимальной нагрузки, эллипса с соотношением большой оси к меньшей 1,7 и с площадью равной площади поперечного сечения круга 20 мм, увеличился в 1,281 раза, т.е. на +28,1%, см. табл. Момент сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшился до 0,75 раза или -25%. Суммарные моменты сопротивления по обеим осям увеличились в 1,016 раза, т.е. на +1,6%.

Сравнение заявляемого решения с аналогом и прототипом не выявило в них признаки, заявляемого решения, это позволило сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Краткое описание таблицы и рисунков

В табл. представлена взаимосвязь соотношения величин осей эллипса и круга с моментами сопротивления по разным осям эллипса и круга по данным [3].

На фиг. 1 приведен диметрический вид горизонтальной горной выработки с монолитной железобетонной крепью, включающий: 1 - сечение горной выработки в черне; 2 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси Y; 3 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса по оси Y; 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 5 - вертикальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 6 – бетонное тело; 7 – сечение горной выработки в свету; 8 - арматурная скоба связывающая ряды каркаса; 9 – большой радиус эллипса свода каркаса; 10 – малый радиус эллипса свода каркаса; 11 – шпур; 12 – анкер закрепленный; 13 – сварное соединение; 14 - арматурный пруток в половину контура эллипса внешнего ряда каркаса; 15 – основание крепи; 16 – боковая поверхность выработки; 17 – свод выработки; 18 - арматурный пруток в половину контура эллипса внутреннего ряда каркаса; 19 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси X; 20 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса по оси X;

На фиг. 2 показан разрез А-А с фиг.1 вертикального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающего: 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса.

На фиг. 3 показан разрез Б-Б с фиг.1 горизонтального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающего: 19 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси X.

На фиг. 4 показан разрез В-В с фиг.1 арматурной скобы между рядами каркаса, включающего: 8 - арматурную скобу между рядами каркаса.

На фиг. 5 показан разрез Г-Г с фиг.1 арматурного прутка прокатанного в половину контура эллипса, установленного на своде крепи горизонтальной выработки, включающий: 14 - арматурный пруток внешнего ряда каркаса, установленный на своде крепи; 21 - угол пространственного позиционирования арматурного прутка по дуге свода в виде полуэллипса.

Осуществление изобретения

Процесс возведения крепи из монолитного железобетона включает разбивку линий горной выработки в свету 7, сборку и установку арматуры в каркас, устройство опалубки и бетонирование. Подготовку скоб 8 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90° вокруг продольной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом в горне кузнецы или газовой горелкой, с расположением большой оси эллипса в плоскости скобы 8. Подготовку арматурного прутка для свода 14 крепи выполняют прокаткой на вальцах. Монтаж линейных отрезков арматурного каркаса, по первому варианту, предварительно выполняют в специализированном шаблоне позволяющем ровно совместить большую ось эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь, и с последующим монтажом общего арматурного каркаса по месту расположения крепи горной выработки, такой монтаж арматурного каркаса повышает несущую способность железобетонной крепи. По второму варианту монтаж арматурного каркаса выполняют по месту расположения, предварительно бурят шпуры 11 устанавливают в них анкеры 12, которые являются основанием для совмещения большой оси эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь и фиксации в таком положении. Первоначально на анкерах 12 монтируют горизонтальные арматурные пруты внешнего ряда каркаса 2 по оси Y и фиксируют их на сварное соединение 13. Затем устанавливают вертикальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса 4 соединяя их с арматурными прутками в половину контура эллипса внешнего ряда каркаса 14 и пространственного позиционирования его по углу 21. Аналогично монтируют горизонтальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 3 по оси Y, вертикальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 5 и арматурные прутки свода 18. Армируемые поперечные скобы 8 устанавливают с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. На следующем этапе монтируют каркас на почве выработки в основании крепи 15 фиксируя большую ось эллипса по максимальной нагрузке: горизонтального арматурного прутка внешнего ряда каркаса по оси X 19, горизонтального арматурного прутка внутреннего ряда каркаса по оси X 20 и армируемых поперечных скоб 8. На бетонное тело 6 основания по линии сечения выработки 7 устанавливают вертикальную опалубку и создают бетонное тело 6 боковой поверхности крепи 16 применяя вибрационное уплотнение бетона. Затем аналогично создают бетонное тело 6 свода выработки 16.

Таким образом повышение надежности монолитной железобетонной крепи горизонтальной горной выработки достигают изменением геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом увеличивая момент сопротивления в заданном направлении.

Источники информации

1. патент RU 2110689 С1, 10.05.1998, МПК E21D 5/04;

2. Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 91;

3. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; отв. ред. Писаренко Г.С. – 2-е изд., перераб, и доп. – Киев: Наук. думка, 1988. – 736 с. (с.58, 74).

Наименование показателя Круг, диаметр 20 мм Эллипс 1. Длина осей. мм 20×20 26,11×15,32 2. Соотношение величин осей i=1,0 i=1,704 3. Площадь поперечного сечения, см² 3,14 3,140 4. Момент сопротивления по max оси, см³ 0,8 1,02496 5. Момент сопротивления по min оси, см³ 0,8 0,60147 6. Суммарный момент сопротивления, см³ 1,6 1,62643

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению горизонтальных горных выработок в условиях высокого горного давления. Предлагается монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, состоящая из бетонного тела и каркаса, включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода, и арматурные поперечные скобы, с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. Горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса, и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы. Большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь горизонтальной горной выработки. Для вертикальных и горизонтальных арматурных прутов максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и к основанию горизонтальной горной выработки, соответственно. Для арматурных поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи. Для арматурных прутков, установленных по дуге свода в виде полуэллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с радиусом полуэллипса свода горизонтальной горной выработки. Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи горизонтальной горной выработки. 5 ил., 1 табл.

Монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, состоящая из бетонного тела и каркаса, включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода, и арматурные поперечные скобы, с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, отличающаяся тем, что горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса, и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь, для вертикальных и горизонтальных прутков арматуры максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и к основанию горизонтальной горной выработки, соответственно, для арматурных поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи, для арматурных прутков, установленных по дуге свода в виде полуэллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен по радиусам полуэллипса свода горизонтальной горной выработки.