Шахтная сетка Российский патент 2023 года по МПК B21F27/02 E02B3/12 E02D17/20 

Область техники

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления поверхности выработок в неустойчивых, трещиноватых и склонных к динамическим проявлениям породах.

Предшествующий уровень техники

Для укрепления поверхности выработок и исключения обвалов используется стальная проволочная сетка, имеющая ячеистоподобную структуру, сформированную из стальных проволок, приваренных в точках пересечения друг к другу и обладающих относительным удлинением 20-40%. (см. ПМ РФ №151701, B21F 27/00, 19.12.2013). Такая сетка является плоской и гибкой. Это обеспечивает хорошее сопряжение с неровной поверхностью выработки.

Недостатком данного решения является неспособность воспринимать динамические проявления поверхности выработки без разрушения проволочек образующих ячеистоподобную структуру. Динамические проявления, типа горный удар, характеризуются смещениями отдельных фрагментов породы с большой скоростью. Ячейка сетки, сформированная проволочками, закрепленными между собой сваркой, являются жесткими элементом и не способна деформироваться, поглощать кинетическую энергию удара. Относительное удлинение, заложенное в используемой стальной проволочке, реализуется только на участке между точками пересечения проволочек и не является достаточным для поглощения энергии локального удара.

Известна проволочная защитная сетка, проволочки которой имеют зигзагообразную форму, сплетены одна в другую и имеют линейные участки, направленные вдоль одной прямой (DE №102017101753, B21F 27/02, 30.01.2017).

Недостатком известного решения является низкая надежность. При обрыве любой из проволочек происходит роспуск, предварительно натянутой сетки. Это обусловлено тем, что проволочки между собой не закреплены. При этом в точках перегиба, достаточно жесткая проволока слона к выпрямлению и выходу из сопряжения со смежной зигзагообразной проволочкой.

Наиболее близким техническим решением является сетка проволочная выполненная из последовательно взаимосвязанных по ее ширине продольных звеньев из проволоки, при этом звенья выполнены с периодически расположенными плоскими петлями арочной формы, а ширина петли у основания меньше внешней стороны петли не менее чем на два диаметра проволоки (ПИ РФ №2198759, B21F 27/02, B65G 15/48, 28.05.2002). Кроме того, промежутки между петлями выполнены в виде поперечных выступов над плоскими петлями с высотой не менее двух диаметров проволоки для обхвата петель одного звена петлями последующего звена у основания выступов.

Недостатком данного решения является ограниченная функциональная возможность. В частности, исключается ее применение в качестве шахтной сетки для укрепления поверхности выработок и исключения обвалов в силу неспособности воспринимать динамические нагрузки. Это обусловлено тем, что проволочная сетка практически не имеет возможности деформироваться без утонения проволочек и за счет этого поглощать энергию горного удара. Кроме того, в транспортном положении сетка занимает значительные габариты, что затрудняет ее доставку и монтаж в стесненных условиях шахты, что снижает возможности ее использования.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширение функциональных возможностей шахтной сетки за счет: использования для закрепления поверхностей склонных к динамическим проявлениям, в частности к горным ударам, повышения мобильности при доставке к месту установки.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема решается тем, что в известной сетке выполненной из последовательно взаимосвязанных по ее ширине продольных звеньев из проволоки, с периодически расположенными петлями незамкнутой формы с длиной у открытого основания меньше длины противоположного основания, с промежутками между петлями выполнеными в виде поперечных выступов над петлями с высотой не менее двух диаметров проволоки для обхвата петель одного звена петлями последующего звена у основания выступов, петли выполнены трапецеидальной формы с углом наклона боковых сторон к основанию от 78° до 85°, предпочтительно 81°, и разностью оснований трапеций больше четырех диаметров проволоки, а боковые стороны петель выполнены профилированными. При этом профилировка может выполняться: в продольной плоскости звеньев, поперечной, одновременно в обоих плоскостях, с образованием гребней от двух до четырех толщин проволоки, предпочтительно трех. Продольные звенья, выполняются из круглой проволоки диаметром от 3 мм до 8 мм, предпочтительно 5 мм, или с эллиптическим поперечным сечением с большой осью эллипса, лежащей в плоскости продольных звеньев. Радиусы перехода от боковых сторон к основанию трапеций выполнены равными от полутора до трех диаметров проволоки, предпочтительно двум. Целесообразно проволоку выполнять с защитной пленкой, предпочтительно полимерной.

Использование при создании проволоки трапециевидных элементов известно (см. ПМ РФ №40232, B21F 25/00, 23.04.2004). В известном решении на проволочной основе закрепляются трапециевидные шипы с отогнутыми углами. Это обеспечивает создание высокоэффективных охранных спиральные ограждения с хорошими колющими, режущими и удерживающими характеристиками. В предлагаемом техническом решении формирование трапециевидной формы у проволоки обеспечивает расширение функциональных возможностей: компенсацию ударных воздействий на сетку, повышение мобильности за счет изменения размера по длине сетки в транспортном положении.

Использование проволоки с углом наклона боковых сторон к основанию в пределах от 78° до 85°, предпочтительно 81° неизвестно. Неизвестно так же формирование трапецеидальных фрагментов из проволоки с разностью оснований трапеций больше 4 диаметров проволоки.

Выполнение проволоки, профилированной известно (см. US 20200263542, E21D 11/08, 14.01.2020). В известном решении в составе подземной опорной системы, используется гибкая проволочная сетка имеющая в своем составе проволочку с выпуклыми гофрами. Профилирование проволоки позволяет формировать шаблоны, определяющие высоту нанесения бетона или цементного раствора.

В предлагаемом техническом решении профилирование боковых сторон петель обеспечивает возможность компенсации динамическом воздействии фрагментов укрепляемой поверхности за счет их распрямления под ударной нагрузкой.

Выполнение радиусов переходов от боковых сторон к основанию трапеций равным от полутора до трех диаметров проволоки неизвестно.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется изображениями.

На черт. 1 пространственное изображение фрагмента продольного звена.

На черт. 2 пространственное изображение фрагмента шахтной сетки в рабочем положении.

На черт. 3 шахтная сетка в рабочем положении, вид сверху.

На черт. 4 шахтная сетка в транспортном положении, вид сверху.

На черт. 5 фрагмент шахтной сетки в рабочем положении, вид сверху.

На черт. 6 вид продольного звена с профилированными боковыми стенками в поперечной плоскости.

На черт. 7 вид продольного звена с профилированными боковыми стенками в продольной плоскости.

На черт. 8 вид продольного звена с профилированными боковыми стенками в продольной и поперечной плоскостях.

На черт. 9 шахтная сетка из продольных звеньев с профилированными боковыми стенками в поперечной плоскости в транспортном положении.

На черт. 10 шахтная сетка из продольных звеньев с профилированными боковыми стенками в продольной плоскости в транспортном положении.

На черт. 11 шахтная сетка из продольных звеньев с профилированными боковыми стенками в продольной и поперечной плоскостях, в транспортном положении

На черт. 12 шахтная сетка из продольных звеньев с профилированными боковыми стенками в поперечной плоскости в рабочем положении.

На черт. 13 шахтная сетка из продольных звеньев с профилированными боковыми стенками в продольной плоскости в рабочем положении.

На черт. 14 шахтная сетка из продольных звеньев с профилированными боковыми стенками в продольной и поперечной плоскостях в рабочем положении.

Вариант осуществления изобретения

Шахтная сетка формируется из продольных звеньев 1, выполненных из проволоки (черт.1), и последовательно взаимосвязанных по ее ширине (черт.2). Ширину шахтной сетки целесообразно выполнять в пределах от 1,5 м до 3 м. Каждое звено 1 выполнено в виде периодически повторяющихся петель 2 трапецеидальной формы (черт. 1) с углом наклона, боковых сторон 3, 4 к основанию 5 - γ (черт. 3). Угол у выполняется в пределах от 78° до 85°, предпочтительно 81°. Длина у открытого основания трапеции k меньше противоположного основания K на величину не менее четырех диаметров проволоки d. Продольные звенья 1 в рабочем положении шахтной сетки располагаются с шагом S (черт. 3).

Промежутки между петлями выполнены в виде поперечных выступов 6, отстоящих от петель 2 на высоту t не менее двух диаметров проволоки d (черт. 1). Это обеспечивает обхват у основания выступов 6 петель 2 предшествующего звена петлями 2 последующего (черт. 2).

Наклон боковых сторон трапеций 3, 4 к основанию 5, в совокупности с выполнением разности оснований трапеций K - k больше четырех диаметров проволоки, позволяет смещать продольные звенья 1 одно относительно другого в поперечном направлении (черт. 4). При этом размер шахтной сетки в поперечном направлении l уменьшается кратно, к аналогичному размеру в рабочем положение L (черт. 3). В частности, при угле γ=81° соотношение L/l равно 4. С уменьшением значения угла γ соотношение L/l возрастает. Выполнение наклона боковых сторон 3, 4 к основанию трапеции 5 в задаваемых пределах обеспечивает возможность уменьшать габарит шахтной сетки по длине, что позволяет реализовать транспортировку в стесненных условиях шахты. При угле большем 85° уменьшение длины шахтной сетки не существенно и не обеспечивает требуемую мобильность при доставке к месту установки. При угле меньшем 78° снижается жесткость соединения смежных продольных звеньев 1 за счет существенного увеличения плеча h.

Выполнение угла наклона боковых сторон 3, 4 к основанию 5, в сочетании с соблюдением соотношения K - k>4 d обеспечивает в рабочем положении расположение точек контакта последующего продольного звена 1 от края предшествующего на величину h не менее двух диаметров (черт.5). Это обеспечивает смещение сил F, действующих на сопряженные продольные звенья 1, разнесенными на величину h.

Боковые стороны 3, 4 петель в каждом продольном звене 1 могут выполняться прямыми (черт. 1, 2), профилированными в поперечной плоскости звеньев (черт. 6), в продольной (черт. 7), или одновременно в обоих плоскостях (черт. 8). При профилировке в поперечной плоскости формируются гребни 7. При профилировке в плоскости продольных звеньев 1 формируются гребни 8. Высота гребней 7, 8 выполняется от двух до четырех толщин проволоки, предпочтительно трех.

Гребни 7 и 8 обеспечивают неизменность положения смежных продольных звеньев 1 в транспортном положении, за счет того, что гребни одного звена попадают в меж гребневое пространство другого (черт. 9, 10, 11). При высоте гребней 7, 8 менее двух диаметров проволоки не обеспечивается надежная фиксация одного продольного звена 2 относительно другого в транспортном положении. При высоте более четырех диаметров проволоки имеет место излишние затраты проволоки. Экспериментально было установлено, что оптимальной является высота составляющая три диаметра проволоки.

В рабочем положение продольные звенья 1 занимают относительное положение представленное на черт. 12, 13, 14.

Продольные звенья 1 изготавливаются из круглой проволоки диаметром от 3 мм до 8 мм, предпочтительно 5 мм. При диаметре более 3 мм обеспечивается достаточная прочность при закреплении выработки с традиционным шагом закрепления шахтной сетки анкерами от 0,9 до 1,2 м. Ограничение в 8 мм определяется тем, что при большем диаметре затрудняется обеспечение плотного прилегания шахтной сетки к профилю поверхности выработки.

Радиусы перехода от боковых сторон 3, 4 к основанию 5 выполняются равными от полутора диаметров проволоки до трех (по среднему диаметру проволоки). Предпочтительно выполнять радиус перехода равными двум диаметрам проволоки. При радиусе меньшем полутора диаметров проволоки на ее периферии возникают значительные напряжения, вызванные изгибом, что снижает прочность проволоки в данной зоне. Увеличение радиуса более четырех диаметров ведет к избыточной податливости данной зоны продольного звена 1.

Как вариант может быть использована проволока с эллиптическим поперечным сечением. При этом большая ось эллипса, располагается в плоскости продольных звеньев 1. Это обеспечивает больший момент сопротивления изгибу в направлении растяжения и меньший в перпендикулярной плоскости. При этом обеспечивается большая жесткость шахтной сетки при действии динамической нагрузки и лучшее прилегание к поверхности выработки.

Относительное удлинение стальной проволоки выбирается в пределах от 20% до 40%, предпочтительно 26%. В этом случае проволока обладает достаточной податливостью к растяжению материал проволоки.

При значении менее 20% шахтная сетка не обладает возможностью удлиняться под действием нагрузки и поглощать энергию внешнего воздействия в виде работы, затрачиваемой на ее деформацию. Значение превышающие 40% исключают восприятие небольших нагрузок со стороны фрагментов укрепляемой поверхности без изменения формы.

Ширина продольных звеньев в пределах от 75 до 200 мм, предпочтительно 150 мм. Это определяется тем, что типичный размер несвязанных блоков на поверхности рудных месторождении составляет 150 мм. При такой ширине продольных звеньев исключает проход через шахтную сетку фрагментов породы.

Покрытие поверхность проволоки защитной пленкой обеспечивает сохранность проволоки при воздействии агрессивных шахтных вод и сохранение функциональных свойств на длительный период. При этом использование полимерных покрытий является наиболее экономически и технологически целесообразным.

Функционирование шахтной сетки

В зависимости от параметров сечения выработки может использоваться шахтная сетка, включающая 40 и более продольных звеньев 1 и имеющая рабочую длину до 6 и более метров. При ее транспортировании к месту установки продольные звенья 1 располагаются смещенными друг относительно друга в поперечном направлении (черт.9, 10, 11). При этом размер сетки уменьшается. В частности, при угле наклона γ равном 81° и ширине продольных звеньев 1 равном 150 мм ширина сетки составляет величину L, не превышающую 2 м. Это позволяет легко транспортировать ее к месту установки. При этом наложение гребней 7, 8 во впадины профилировок боковых сторон 3, 4, смежных продольных звеньев 1, дополнительно обеспечивает сохранность их взаимного положения при доставке к месту установки в стесненных условиях.

Шахтную сетку при креплении целесообразно располагать так, чтобы выступы 6 были обращены от поверхности выработки. После закрепления крайнего продольного звена 1 на поверхности выработки анкерами, под действием собственного веса шахтная сетка выводится в рабочее положение (черт. 12, 13, 14) и закрепляется анкерами с шагом, соответствующим паспорту крепления (как правило 950-1200 мм). За счет естественной жесткости облегчается реализация ее плотного прилегания к поверхности выработки между точками крепления анкерами.

Защитная пленка, нанесенная на поверхность проволочек, обеспечивает сохранение исходного размера диаметра проволочек при длительном воздействии агрессивной шахтной атмосферы. Это позволяет сохранить функциональное назначение шахтной сетки в более длительный период.

При возникновении ударного выброса фрагментов породы с поверхности, они воздействуют на продольные звенья 1 и в них создаются продольные силы F действующие в смежных продольных звеньях 1 с плечом h (черт. 5). Создается изгибающий момент под действием которого происходит распрямление проволочек в зоне обхвата петель одного продольного звена 1 петлями последующего продольного звена 1. Энергия ударного выброса фрагмента поверхности, поглощается за счет работы затрачиваемой на разгибание проволочек в узле обхвата. При этом увеличивается шаг S расположения продольных звеньев 1 по длине шахтной сетки.

При боле значительной энергии ударного выброса фрагмента поверхности выработки, или при повторном ударе под действием сил F (черт 5) происходит разгибание гребней 7, 8. Реализуется дополнительное увеличение шага S за счет выпрямления боковых сторон 3, 4. Энергия динамического воздействия, затрачивается на распрямление профилей боковых сторон 3, 4. При этом проволочки не подвергаются растяжению, но выпрямляются, что обеспечивает их целостность. Принятая высота гребней 7, 8 обеспечивает наиболее приемлемую жесткость боковых сторон 3, 4 достаточную для создания момента сопротивления изгибу (выпрямлению).

Таким образом совокупность заявляемых отличительных признаков обеспечивает расширение функциональных возможностей шахтной сетки: за счет восприятия динамических воздействий со стороны укрепляемой поверхности, в том числе и горных ударов без потери целостности, увеличения ее мобильности при транспортировке к месту установки.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления поверхности выработок в неустойчивых, трещиноватых породах. Шахтная сетка выполнена из последовательно взаимосвязанных по ширине продольных звеньев . Каждое продольное звено выполнено из проволоки в виде периодически расположенных петель незамкнутой формы с трапецеидальной формой. Боковые стороны расположены к основанию под углом наклона от 78° до 85°, предпочтительно 81°, и разностью оснований трапеций больше четырех диаметров проволоки. Боковые стороны выполнены профилированными с образованием гребней в продольной и поперечной плоскости. Расширяются функциональные возможности шахтной сетки, повышается мобильность при доставке к месту установки. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Шахтная сетка для укрепления поверхности выработок и предотвращения обвалов пород, выполненная из последовательно взаимосвязанных по ширине продольных звеньев из проволоки с периодически расположенными петлями незамкнутой формы с длиной у открытого основания меньше длины противоположного основания, при этом промежутки между петлями выполнены в виде поперечных выступов над петлями с высотой не менее двух диаметров проволоки для обхвата петель одного звена петлями последующего звена у основания выступов, отличающаяся тем, что петли выполнены трапецеидальной формы с углом наклона боковых сторон к основанию от 78° до 85°, предпочтительно 81°, и разностью оснований трапеций больше четырех диаметров проволоки.

2. Шахтная сетка по п. 1, отличающаяся тем, что боковые стороны петель выполнены профилированными.

3. Шахтная сетка по п. 2, отличающаяся тем, что боковые стороны петель выполнены профилированными в продольной плоскости звеньев.

4. Шахтная сетка по п. 2, отличающаяся тем, что боковые стороны петель выполнены профилированными в поперечной плоскости звеньев.

5. Шахтная сетка по п. 2, отличающаяся тем, что боковые стороны петель выполнены профилированными в поперечной и продольной плоскости звеньев.

6. Шахтная сетка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она выполнена из круглой проволоки.

7. Шахтная сетка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она выполнена из проволоки с эллиптическим сечением, при этом большая ось эллипса расположена в плоскости продольных звеньев.

8. Шахтная сетка по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что боковые стороны петель выполнены профилированными с образованием гребней от двух до четырех толщин проволоки, предпочтительно трех.

9. Шахтная сетка по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность проволоки покрыта защитной пленкой, предпочтительно полимерной пленкой.

10. Шахтная сетка по п. 1, отличающаяся тем, что радиусы перехода от боковых сторон к основанию трапеций выполнены равными от полутора до трех диаметров проволоки, предпочтительно двум.