Теплорегулируемая арочная крепь Советский патент 1986 года по МПК E21D11/14 

1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления и теплоизоляции горных выработок в условиях вечной мерзлоты.

Целью изобретения является стабилизация несущей способности крепи при изменении сечения выработки во .время протаивания вмещающих пород.

На фиг. 1 изображена горная выработка с установленной крепью, снабженной теплорегулируемыми элементами, сечение; на фиг. 2 - теплорегу лируемый элемент, заполненньш легкокипящей жидкостью в герметических эластичных емкостях.

Крепь содержит элементы обычной арочной крепи 1 и элементы переменной длины, включающие цилиндр 2, наполненный легкокипящей жидкостью 3 и сопряженный с ним поршень 4.

Теплорегулируемая арочная крепь работает следующим образом.

При повышении температуры вентиляционной струи вследствие ее теплообмена с крепью повышается температура жидкости 3, что приводит к ее вскипанию, повышению давления в цилиндре 2 и перемещению относительно них поршней 4 в случае протаивания окружающих горных пород.

Подземные горные выработки (в основном воздухоподающие) шахт, рудников и других подземных сооружений, расположенных в зоне вечной мерзлоты подвержены быстрому разрушению вследствие- растепления пород в летний период. Повышение температуры вентиляционной струи вызывает протаивание вмещающих пород, изменение их физико механических свойств и увеличение периметра поперечного сечения выработк

При этом в случае применения обычной арочной крепи нарушается механический контакт и возникает зазор между крепью и окружающими выработку горным массивом, что приводит к обрушениям стенок и кровли, изменениям горного давления и вспучиванию почвы выработки. Избежать работы по пере- ; креплению выработок позволяет использование предлагаемой крепи, которое, кроме того, утсучшает теплоакуумулирую- шие свойства выработок за счет рационального использования теплоты, расходуемой на вскипание жидкого наполнителя элементов переменной длины.

1С1

12082542

1 При повьшгении температуры жидкость

в герметичных емкостях вскипает, давление внутри них повышается, что приводит к изменению объема. Поскольку оболочки емкостей эластичны, они изменяют свою форму, уплотняются между собой и заполняют весь объем за

крепного пространства, образуя сплошную подушку, оказывающую равномерно распределенное и, следовательно, наиболее эффективное сопротивление горному давлению.

При дальнейшем росте температуры воздуха давление либо объем подушки могут увеличиваться. Эта подушка представляет собой значительное термическое сопротивление, т.е. эффективную теплоизоляцию, предохраняющую стенки и кровлю горной выработки от протаивания и разрушения.

В крепи количество элементов переменной длины и объем их цилиндров выбирают прямо пропорционально абсолютному значению разности естественной температуры горного массива и средней температуры самого жаркого месяца в районе размещения подземного сооружения, что обеспечивает возможность компенсации необходимого изменения длины крепежной рамы при сохранении ее упругости.

Для каждой жидкости существует однозначная зависимость между давлением и температурой кипения, в связи с чем тип и состав жидкости- наполнителя выбирают таким образом, чтобы при начальном давлении в цилиндре, соответствующем несущей способности (податливости) обычной арочной крепи, температура кипения жидкости была ниже температуры таяния влаги массива. При соблюдении этого условия повьщ1ение температуры вентиляционной струи в летний период до начала растепления массива вызывает вскипание жидкости и повышение давления в цилиндрах элементов переменной длины, чем обеспечивается плотное прилегание крепи к массиву даже в случаях изменения (увеличения периметра) поперечного сечения выработки.

Кроме того, использование тепло- регулируемой крепи позволяет получить и другой положительный эффект, заключающийся в улучшении теплоак- кумулирующих свойств горного массива. При значительной длине воздухо- подающих выработок в летний период

очистные работы в значительной степени осложняются растеплением массива и в этой связи повышением опасности, нарушением технологии горных работ. Для устранения этого используют специально сооружаемые тепло- регулирующие выработки, проходя по которым вентиляционная струя охлаждается и поступает к месту работ с отрицательной температурой. Использование этого метода требует значительных капитальных затрат на сооружение и поддержание таких выработок и повышенных расходов электроэнергии на преодоление их аэродинамического сопротивления. Тот же эффект снижения температуры вентиляционной струи может быть получен за счет отбора от воздуха значительного количества тепла на вскипание

г

жидкости в цилиндрах элементов переменной длины.

Пример. В реальных условиях (кроме засоленных грунтов) температура таяния влаги массива близка к , следовательно, температура кипения жидкости в цилиндрах при начальном давлении должна находиться в предела (-5) - (-2}°С.

В качестве наполнителя цилиндров или массы герметичных баллонов с эластичными стенками (в варианте) должна быть использована легкркипя- щая жидкость, например дифтор- дихлорметан CF Clj (хладон-12) с температурой кипения -3,5°С при давлении 2, Па (2,8 атм).

20823/

Климатические характеристики района следующие: средняя температура теплового периода tg( 8,1 С; естественная температура мерзлого

5 грунта tno -13 C; отношение tno/tfe( -1,6. По графику необходимая емкость цилиндров составляет около 0,02 мз.

Сборка и установка крепи, произ10 водимые обычно при атмосферном давлении, в данном случае должны производиться и при низкой температуре окружающей среды, поскольку предварительное распорное усилие между эле15 ментами крепи (400 кг) обуславливается начальным давлением в цилиндрах. Исходя из указанных начальных значений температуры и давления хладона-12 в цилиндре (,5°C;

20 , ) , площадь каждого

поршня рассчитывается из условия создания усилия FO 400 кг..

143 см2 0,0143 м2 .

о

25 Для обеспечения возможности общего удлинения рамы на 0,6 м определяем переменную часть объема каж,чого цилиндра

1,2 Srt-&In 1,2-0,0143-0,2

0,00342 (мМ.

Полагая начальный объем цилиндра равным удвоенному переменному объему, определяем суммарный начальный объем хладона-12 на одну раму

ZV 0,003422-3 0,02 (м), что совпадает с значением, ранее определяемым по-графику.

nns.e

Бнигаи

Тирas 470

Заказ 215/43

Подписное

Филиал ППП Патент,

г „Ужгород, ул. Проектная, -4