Монолитная железобетонная крепь вертикального прямоугольного шахтного ствола Российский патент 2022 года по МПК E21D5/04 

Область техники

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению прямоугольного шахтного ствола в условиях высокого горного давления.

Уровень техники

Известно устройство крепь шахтного ствола (описание изобретения к авторскому свидетельству SU1747704, МПК E21D 5/04, опубликовано 15.07.1992 Бюл. №26), включающая несущую железобетонную оболочку, компенсационную оболочку с разделенными каналами жесткости вертикальными каналами и внешнюю оболочку.

Недостатком известного устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи прямоугольного шахтного ствола.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство монолитная железобетонная крепь вертикальной горной выработки, (Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 90-91) включающее бетонное тело, горизонтальную продольную стержневую рабочую, вертикальную стержневую рабочую, по дуге свода стальную арматуру и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования.

Недостатком наиболее близкого устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи прямоугольного шахтного ствола.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи прямоугольного шахтного ствола.

Указанный технический результат достигается в устройстве монолитная железобетонная крепь вертикального прямоугольного шахтного ствола, включающем бетонное тело, вертикальные стержневые прутки, горизонтальные продольные стержневую прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, причем вертикальные продольные стержневые прутки, горизонтальные стержневые прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы каркаса крепи прямоугольного шахтного ствола выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, длинная ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь прямоугольного шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен параллельно вертикальной оси ствола, для вертикальных прутков, установленных в углах прямоугольника максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса, совмещен по соединительной линии между углами в черне и в чистоте ствола.

Отличительными признаками являются:

вертикальные продольные стержневые прутки, горизонтальные стержневые прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы каркаса крепи прямоугольного шахтного ствола выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи;

длинная ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь прямоугольного шахтного ствола, что дополняет надежность монолитной железобетонной крепи;

для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности ствола, это увеличивает надежность крепи с меньшим расходом материалов;

для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен параллельно вертикальной оси ствола, такое направление увеличивает жёсткость каркаса и крепи в целом;

для вертикальных прутков, установленных в углах прямоугольника максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса, совмещен по соединительной линии между углами в черне и в чистоте ствола, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи в углах ствола.

Принцип надежности арматуры состоит в том, что с изменением геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом увеличивается момент сопротивления в определенном направлении, а значит, увеличится и надежность конструкции.

Повышение несущей способности крепи определяют до оптимального соотношения величин осей эллипса большей к меньшей в пространственном позиционировании стальной арматуры в силовых нагрузках.

Моменты сопротивления по осям максимальной нагрузки, эллипса с разным соотношением большей оси к меньшей и с площадью равной площади поперечного сечения круга 14 мм, увеличиваются. Моменты сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшаются. Суммарные моменты сопротивления по обеим осям незначительно увеличиваются.

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 изометрический вид прямоугольного шахтного ствола с монолитной железобетонной крепью, включающий: 1 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса по оси Y; 2 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси Y; 3 - сечение прямоугольного шахтного ствола в черне; 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 5 - вертикальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 6 – бетонное тело; 7 – сечение прямоугольного шахтного ствола в свету; 8 - арматурная скоба связывающая ряды каркаса; 9 – сварное крепление вертикального арматурного прутка; 10 – анкер, закреплённый для крепления вертикальной арматуры; 11 – шпур для крепления анкера; 12 - вертикальный арматурный прут внешнего ряда каркаса, установленный в углу прямоугольника; 13 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси X; 14 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса по оси X;

На фиг. 2 показан разрез А-А с фиг.1 горизонтального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающий: 13 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси X.

На фиг. 3 показан разрез Б-Б с фиг.1 вертикального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающий: 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса.

На фиг. 4 показан разрез В-В с фиг.1 арматурной скобы между рядами каркаса, включающий: 8 - арматурная скоба между рядами каркаса.

На фиг. 5 показан разрез Г-Г с фиг.1 вертикального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, установленного в углу, включающий: 12 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса, установленный в углу прямоугольной крепи ствола.

Осуществление изобретения

Процесс возведения крепи из монолитного железобетона включает разбивку линий прямоугольника шахтного ствола в свету 7, сборку и установку арматуры в каркас, устройство опалубки и бетонирование. Подготовку скоб 8 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90^о вокруг продольной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом в горно кузнецы или газовой горелкой, с расположением длинной оси эллипса в плоскости скобы 8. Монтаж линейных отрезков арматурного каркаса, по первому варианту, предварительно можно выполнить в специализированном шаблоне, позволяющем ровно совместить длинную ось эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь, и с последующим монтажом общего арматурного каркаса по месту расположения крепи прямоугольного шахтного ствола, такой монтаж арматурного каркаса повышает несущую способность железобетонной крепи. По второму варианту монтаж арматурного каркаса выполняют по месту расположения, предварительно бурят шпуры 10 устанавливают в них анкеры 11, которые являются основанием для совмещения длинной оси эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь и фиксации в таком положении. Первоначально к анкерам 11 фиксируют вертикальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса 4 на сварное соединение 9 по периметру прямоугольника. Затем устанавливают горизонтальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса по оси Y 2 и по оси X 13 соединяя их с вертикальными арматурными прутками внешнего ряда каркаса 4 на сварное соединение 9. Для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с перпендикуляром к боковой поверхности ствола. Аналогично монтируют вертикальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 5, горизонтальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса по оси Y 1 и по оси X 14. Для вертикальных прутков 12, установленных в углах прямоугольника максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса, совмещают по соединительной линии между углами в черне и в чистоте ствола. При одинаковой толщине крепи прямоугольного ствола угол между соединительной линией и осью пространства устанавливают 45^о. Армируемые поперечные скобы 8 устанавливают с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. Горизонтальную и вертикальную опалубку устанавливают по линиям сечения в свету 7 и создают бетонное тело 6 боковой поверхности крепи ствола, применяя вибрационное уплотнение бетона.

Таким образом, повышение надежности монолитной железобетонной крепи прямоугольного шахтного ствола 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. описание изобретения к авторскому свидетельству SU1747704, МПК E21D 5/04, опубликовано 15.07.1992 Бюл. №26;

2. Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 90-91;

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. (58, 74 с.).

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению прямоугольного шахтного ствола в условиях высокого горного давления. Монолитная железобетонная крепь вертикального прямоугольного шахтного ствола включает бетонное тело, вертикальные стержневые прутки, горизонтальные стержневые прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. При этом вертикальные стержневые прутки, горизонтальные стержневые прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы каркаса крепи прямоугольного шахтного ствола выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, длинная ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь прямоугольного шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен параллельно вертикальной оси ствола, для вертикальных прутков, установленных в углах прямоугольника, максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен по соединительной линии между углами вчерне и в чистоте ствола. Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи прямоугольного шахтного ствола. 5 ил.

Монолитная железобетонная крепь вертикального прямоугольного шахтного ствола, включающая бетонное тело, вертикальные стержневые прутки, горизонтальные стержневые прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, отличающаяся тем, что вертикальные стержневые прутки, горизонтальные стержневые прутки стальной арматуры и армируемые поперечные скобы каркаса крепи прямоугольного шахтного ствола выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, длинная ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь прямоугольного шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен параллельно вертикальной оси ствола, для вертикальных прутков, установленных в углах прямоугольника, максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен по соединительной линии между углами вчерне и в чистоте ствола.