Тюбинг Советский патент 1986 года по МПК E21D11/04 

Изобретение относится к горной промышленности и может применяться для крепления подземных горных выработок сборным железобетоном.

Целью изобретения является улучшение режима работы и обеспечение податливости тюбинговой крепи при эксплуатации ее в массиве пород, подвергающихся интенсивному горному давлению, и сохранение первоначального сечения выработки в свету.

На фиг. 1 приведен тюбинг, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - часть крепи из тюбингов, в которых вкладыш закреплен между ребрами жесткости посредством фрикционных сочленений; на фиг. 4 - то же, в последний период эксплуатации выработки; на фиг. 5 - пример выполнения крепи из тюбингов, в которых сопрягаемые поверхности вкладыша и ребер жесткости выполнены с элементами податливости; на фиг. 6 - то же, в последний период эксплуатации выработки; на фиг. 7 - пример выполнения крепи из тюбингов, в которых элементы податливости выполнены в теле вкладыша; на фиг. 8 - то же, в последний период эксплуатации выработки на фиг. 9 - пример выполнения крепи из тюбингов, в которых вкладыш выполнен в виде гибких стержневидных растягивающих элементев, закрепленных в ребрах жесткости после монтажа крепи; на фиг. 10 - то же, в последний период эксплуатации выработки; на фиг. 11 - пример выполнения крепи из тюбингов, в которых вкладыш выполнен из материала меньшей акустической жесткости; на фиг. 12 - то же, в последний период эксплуатации крепи.

Тюбинг состоит из ребер 1 жесткости, выполненных из железобетона, образующих каркас. Кессонная полость 2 образована между ребрами 1 жесткости и с тыльной стороны тюбинга ограждена подвижным вкладышем 3, выполненным в виде отдельного элемента и установленным между ребер 1. жесткости с возможностью перемещения в кессонной полости 2.

Конструкция вкладыша 3 и ее сочленения с ребрами 1 жесткости выбираются в зависимости от горно-геологических условий эксплуатации крепи в горном массиве 4 и свойств закладочного материала 5.

Для выработок с ограниченным сроком службы небольшой глубины заложения, следовательно, малым горным давлением, малой грузонесущей способности крепи кессонная полость 2 может быть выполнена прямоугольной формы с прямоугольными ребрами жесткости, а вкладыш 3 может быть выполнен прямоугольной формы с параллельными боковыми поверхностями. Устанавливается вкладыш 3 в кессонной полости 2 с заполнением вяжущим веществом, например бетоном 6, крупность частиц заполнителя из абразивного материала должна быть равна 0,6-0,9 размеров зазоров между тор

0

5

0

0

5

0

5

цами вкладыша 3 и ребрами жесткости. При таком выполнении соединения обеспечивается достаточно-подвижное сочленение с боль - шим усилием на сдвиг.

Для выработок с ограниченным сроком службы, относительно малым горным давлением, сопрягаемые поверхности вкладыша 3 и ребер 1 жесткости могут быть выполнены коническими, например клиновыми, с элементами податливости в клиновом соединении, например, из деревянных прокладок 7. Срок службы выработки не должен превышать 5-6 лет, т. е. время «старения деревянных прокладок.

Для выработок с большим сроком службы, средним горным давлением элементы 8 податливости могут быть выполнены в теле стенки, например из резины, или вкладыша из бетона со значительно меньшей прочностью, чем прочность бетона кессонной стенки.

Для выработок, проводимых в удароопас- ных породах с большим объемом закреп- ного пространства, заполненного закладочным материалом, кессонная стенка может быть выполнена стержневидными гибкими растягивающимися элементами 9, которые в процессе эксплуатации выработки могут заменяться при ремонтных работах.

Для выработок с большим горным давлением, проводимых в породах с малой конвергенцией, кессонная стенка 10 может быть выполнена из материала с меньшей аккус- тической жесткостью и разрушающегося при нагрузке 60-85% от грузонесущей способности крепи. При разрушении матери-ал стенки 10, теряя несущую способность, не должен выпадать за счет укладки в нем, например, металлической арматуры.

Тюбинг работает следующим образом.

В зависимости от горно-геологических условий выбирают ту или иную конструкцию тюбинга. Ведут проходку горной выработки известными приемами и сечением, обеспечивающим установку тюбингов с зазором по меньшей мере равным величине возможной конвергенции для данных пород на полный срок эксплуатации. Ведут установку тюбингов, на ребрах I жесткости которых в кессонных полостях 2 монтируют вкладыш 3, рассчитанный для данной конструкции тюбинга. Пространство между тюбингом и контуром выработки заполняют сыпучи.м или пластичным закладочным материалом (смесью сыпучего и глинистого материала).

С течением времени в результате конвергенции массива сечение выработки уменьшается, а тюбинги остаются на месте; при этом уменьшается закрепное пространство между контуром выработки и тюбингами. Сыпучий (пластичный) закладочный материал закрепного просгранства при этом перемещает вкладыш 3 в кессонной полости 2.

Для увеличения трения и сцепления зазор между ребрами 1 жесткости и торцами вкладыша 3 заполнен вяжущим материалом.

например цементом с песком, крупность зерен которого равна 0,6-0,9 от ширины зазора. Такая конструкция соединения обеспечивает перемещение вкладыша 3 с большим сопротивлением.

Существующие конструкции сборной железобетонной крепи основаны на эффекте уменьшения размеров за счет податливых элементов, встроенных в соединительные узлы. Такое решение не позволяет создавать прочное соединение отдельных железобетонных блоков между собой, что снижает в целом несущую способность крепи; наличие податливости в соединительных элементах в процессе эксплуатации за счет неравномерности нагрузки ведет к изменению формы крепи выработки, что отрицательно сказывается на работу установленного оборудования в выработке и приводит к нарушениям инженерных коммуникаций в выработке.

Для того, чтобы при эксплуатации выработки не было затруднений по соблюде- нию техники безопасности (соблюдение размеров людских проходов, зазоров между крепью и транспортными средствами), обеспечению вентиляцией и т. д. при существующих конструкциях необходимо учитывать изменение формы и сечения закреп- ленной выработки с учетом конвергенции, что приводит к увеличению первоначального сечения выработки и дополнительным расходам по обеспечению этих мероприятий.

Предлагаемый тюбинг имеет определенные размеры и в процессе эксплуатации его размеры не изменяются. Между собой тюбинги могут соединяться без зазоров, что позволяет применять жесткое крепление и при этом обеспечить надежность сборки его в выработке. Неизменность размеров тюбингов за весь срок службы, жесткость соединения их между собой обеспечивает сохранение формы и сечение закрепленной выработки, что упрощает условия ее эксплуатации. Для того, чтобы обеспечить неизменяемое сечение крепи из тюбингов и- избежать конверген- ции (движения горного массива от давления на крепь) между крепью и контуром вы

0 5

0

0

работки оставляется свободное закрепное пространство (по меньшей мере равное величине конвергенции за весь срок эксплуатации выработки), заполняемое пластичным или сыпучим подвижным закладочным материалом, который воздействует на деформационные компенсаторы давления пород, образуемые в теле тюбинга при перемещении стенок в кессонные полости. Каждый тюбинг может иметь по меньшей мере один деформационный компенсатор давления пород, выполненный в виде вкладыша 3.

Так как движение вкладыша осуществляется за счет воздействия пластичного или сыпучего материала, перемещаемого горным массивом за счет его конвергенции, то подвижный объем деформационного компенсатора давления пород всегда заполнен закладочным материалом. Уменьшение объема закрепного пространства в результате конвергенции компенсировано подвижным объемом части кессонной полости.

Тюбинговая крепь при работе испытывает давление от сыпучего (пластичного) закладочного материала в закрепном пространстве; причем часть этого давления воспринимается ребрами жесткости тюбингов, а часть - вкладышами. Величину давления в закладочном материале определяют в основном силы сопротивления перемещению вкладышей и чем больше сопротивление перемещению вкладышей в кессонную полость, тем больше поддерживающая способность сборной тюбинговой крепи в целом.

Соответствующим расчетом размеров ребер жесткости, кессонной полости, площади и объемов вкладыщей, а также сил сопротивления перемещению вкладышей, можно в широких пределах регулировать податливость компенсаторов давления в предлагаемой крепи при неизменяемых ее размерах и форме.

Применение предлагаемой конструкции тюбинга обеспечивает сохранность горной выработки и сокращает расходы на ее ремонтные работы.

фиг. J

фиг. 4

-. : : - /:.. : .;;;,:.. .,/..;,...

фиг. 5

сциг.б

Фиг. 8

фиг. 9

фи. W

фиг. 11

/. ...:,-;. . . ..- , ; -.;

С:Ь:;;.-/-;-;. .- ;, - -u:r

Составитель Л. Березкина

Техред И. ВересКорректор О. Луговая

Тираж 470Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

. /2