Способ крепления шахтного ствола эллипсного сечения монолитным железобетоном Российский патент 2023 года по МПК E21D5/04 

Область техники

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению эллипсного 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 эллипсного шахтного ствола.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ устройства монолитной железобетонной крепи 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) включающий сооружение бетонного тела, установление горизонтальной продольной стержневой, вертикальной стержневой, по дуге свода стальной арматуры и армируемых поперечных скоб с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования.

Недостатком наиболее близкого способа является низкая надежность монолитной железобетонной крепи эллипсного шахтного ствола.

Раскрытие изобретения

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

Указанный технический результат достигается в способе крепления шахтного ствола эллипсного сечения монолитным железобетоном, включающем изготовление железобетонного опорного эллипсного кольца и железобетонной крепи в стволе с арматурным стальным каркасом из нелинейной стержневой арматуры по эллипсным дугам в кольце и стволе, вертикальную стержневую, горизонтальную продольную стержневую арматуру, а также армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, предварительное изготовление и доставку в ствол элементов каркаса и бетона, последовательный монтаж арматурного каркаса, установку опалубки и заливку бетоном, причем при изготовлении железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в кольце, а при изготовлении железобетонной крепи в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в стволе, вертикальную продольную стержневую, горизонтальную стержневую стальную арматуру, а также армируемые поперечные скобы стальной арматуры выполняют поперечным сечением эллипсовидной формы, для опорного эллипсного кольца совмещают длинную ось эллипса стальной арматуры с максимальными нагрузками на кольцо, для нелинейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с вертикальной осью ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают радиально к центру ствола и перпендикулярно плоскостям поперечного сечения кольца, для ствола длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь эллипсного шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с направлением перпендикуляра к центру эллипсного ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают параллельно вертикальной оси эллипсного ствола.

Отличительными признаками являются:

при изготовлении железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в кольце, а при изготовлении железобетонной крепи в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в стволе, вертикальную продольную стержневую, горизонтальную стержневую стальную арматуру, а также армируемые поперечные скобы стальной арматуры выполняют поперечным сечением эллипсовидной формы, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи;

для опорного эллипсного кольца совмещают длинную ось эллипса стальной арматуры с максимальными нагрузками на кольцо, для нелинейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с вертикальной осью ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают радиально к центру ствола и перпендикулярно плоскостям поперечного сечения кольца, что дополняет надежность монолитной железобетонной крепи;

для ствола длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь эллипсного шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с направлением перпендикуляра к центру эллипсного ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают параллельно вертикальной оси эллипсного ствола, такое направление увеличивает жёсткость каркаса и крепи в целом.

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 в этом направлении.

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

Момент сопротивления по оси максимальной нагрузки, эллипса с соотношением большей оси к меньшей 1,7 и с площадью равной площади поперечного сечения круга диаметром 32 мм, увеличился в 1,279 раза, т.е. на +27,9%, см. табл. Момент сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшился до 0,75 раза или -25,0%. 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 с одинаковой площадью по данным [3].

На фиг. 1 приведен изометрический вид монолитной железобетонной крепи эллипсного шахтного ствола, включающей: 1 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 2 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 3 - сечение ствола в черне; 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 5 - вертикальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 6 - бетонное тело; 7 - сечение ствола в свиту; 8 - арматурная скоба между рядами каркаса; 9 - сварное крепление вертикального арматурного прутка; 10 - анкер закрепленный для фиксации вертикальной арматуры; 11 - шпур для крепления анкера; 12 - выемка под опорное эллипсное кольцо; 13 - монолитное бетонное тело железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе; 14 - нелинейная стержневая арматура в виде эллипса в каркасе опорного кольца; 15 - арматурная скоба, связывающая ряды каркаса опорного эллипсного кольца.

На фиг. 2 показан разрез А-А с фиг.1 вертикального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающий: 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 16 - угол пространственного позиционирования вертикального арматурного прутка.

На фиг. 3 показан разрез Б-Б с фиг.1 горизонтального арматурного прутка внутреннего ряда каркаса, включающий: 1 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего 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 нелинейного арматурного прутка в каркасе опорного эллипсного кольца ствола по контуру эллипса, включающий: 14- нелинейный арматурный пруток в каркасе опорного эллипсного кольца ствола по контуру эллипса.

На фиг. 6 показан разрез Д-Д с фиг. 1 арматурной скобы, связывающей ряды каркаса опорного эллипсного кольца ствола, включающей: 15 - арматурную скобу, связывающую ряды каркаса опорного эллипсного кольца ствола.

Осуществление изобретения

Пример выполнения способа.

Для крепления шахтного ствола эллипсного сечения монолитным железобетоном на специализиронном участке предприятия изготавливают стальную арматуру, предусмотренную проектом по форме и размерам сечения арматуры, и по размерам и форме прутков и скоб.

Крепление шахтного ствола эллипсного сечения монолитным железобетоном начинают выполнять на предварительно изготовленной выемки 12 опорного эллипсного кольца ствола 13. Для изготовления железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе выполняют арматурный каркас из нелинейной стержневой стальной арматуры 14 по эллипсным дугам в кольце и армируемых поперечных скоб 15 стальной арматуры поперечным сечением эллипсовидной формы. Подготовку нелинейного участка под соответствующий радиус эллипса арматурного прутка 14 для несущей эллипсной поверхности опорного кольца 13 выполняют прокаткой на вальцах по расчетному диаметру в виде сегментов, позволяющих опустить в горную выработку по габаритам. Подготовку скоб 15 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90° вокруг длинной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом газовой горелкой, с расположением длинной оси эллипса в плоскости скобы 15. Совмещают длинную ось эллипса арматуры с максимальными нагрузками на опорное кольцо. Для нелинейной арматуры 14 максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с вертикальной осью ствола, для армируемых поперечных скоб 15 максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают радиально к оси ствола и перпендикулярно плоскостям поперечного сечения эллипсного кольца 13. Вертикальную опалубку устанавливают по линии сечения горной выработки в свету 7. Создают бетонное тело 13 железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе применяя вибрационное уплотнение бетона. Далее процесс возведения крепи из монолитного железобетона включает разбивку линий эллипса шахтного ствола в свету 7, сборку и установку арматуры в каркас на опорное эллипсное кольцо. Подготовку скоб 8 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90° вокруг продольной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом газовой горелкой, с расположением длинной оси эллипса в плоскости скобы 8. Подготовку горизонтальных арматурных прутков внутреннего ряда каркаса 1 и горизонтальных арматурных прутков внешнего ряда каркаса 2 выполняют прокаткой на вальцах по расчетному эллипсу в виде сегментов, позволяющих опустить в горную выработку по габаритам. Это может быть 1/2 или 1/3 эллипса с учетом совмещения при монтаже. Монтаж линейных отрезков 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 расчетному эллипсу и углу пространственного позиционирования 16 вертикального арматурного прутка. Затем устанавливают горизонтальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса 2 соединяя их с вертикальными арматурными прутками внешнего ряда каркаса 4 на сварное соединение 9. Аналогично монтируют вертикальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 5, горизонтальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 1. Армируемые поперечные скобы 8 устанавливают с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. Вертикальную опалубку устанавливают по линиям сечения в свету 7 и создают бетонное тело 6 боковой поверхности крепи эллипсного ствола применяя вибрационное уплотнение бетона.

Таким образом повышение надежности монолитной железобетонной крепи эллипсного 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 эллипсного шахтного ствола в условиях высокого горного давления. Способ крепления шахтного ствола эллипсного сечения монолитным железобетоном включает изготовление железобетонного опорного эллипсного кольца и железобетонной крепи в стволе с арматурным стальным каркасом из нелинейной стержневой арматуры по эллипсным дугам в кольце и стволе, вертикальную продольную стержневую, горизонтальную стержневую арматуру, а также армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, предварительное изготовление и доставку в ствол элементов каркаса и бетона, последовательный монтаж арматурного каркаса, установку опалубки и заливку бетоном. При изготовлении железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в кольце. При изготовлении железобетонной крепи в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в стволе. Вертикальную продольную стержневую, горизонтальную стержневую стальную арматуру, а также армируемые поперечные скобы стальной арматуры выполняют поперечным сечением эллипсовидной формы. Для опорного эллипсного кольца совмещают длинную ось эллипса стальной арматуры с максимальными нагрузками на кольцо. Для нелинейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с вертикальной осью ствола. Для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают радиально к центру ствола и перпендикулярно плоскостям поперечного сечения кольца. Для ствола длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь эллипсного шахтного ствола. Для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с направлением перпендикуляра к центру эллипсного ствола. Для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают параллельно вертикальной оси эллипсного ствола. Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи эллипсного шахтного ствола. 6 ил., 1 табл.

Способ крепления шахтного ствола эллипсного сечения монолитным железобетоном, включающий изготовление железобетонного опорного эллипсного кольца и железобетонной крепи в стволе с арматурным стальным каркасом из нелинейной стержневой арматуры по эллипсным дугам в кольце и стволе, вертикальную продольную стержневую, горизонтальную стержневую арматуру, а также армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, предварительное изготовление и доставку в ствол элементов каркаса и бетона, последовательный монтаж арматурного каркаса, установку опалубки и заливку бетоном, отличающийся тем, что при изготовлении железобетонного опорного эллипсного кольца в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в кольце, а при изготовлении железобетонной крепи в стволе арматурный каркас выполняют из нелинейной стальной арматуры по эллипсным дугам в стволе, вертикальную продольную стержневую, горизонтальную стержневую стальную арматуру, а также армируемые поперечные скобы стальной арматуры выполняют поперечным сечением эллипсовидной формы, для опорного эллипсного кольца совмещают длинную ось эллипса стальной арматуры с максимальными нагрузками на кольцо, для нелинейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с вертикальной осью ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают радиально к центру ствола и перпендикулярно плоскостям поперечного сечения кольца, для ствола длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь эллипсного шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с направлением перпендикуляра к центру эллипсного ствола, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают параллельно вертикальной оси эллипсного ствола.