Крепь горных выработок из набрызг-бетона Советский патент 1987 года по МПК E21D11/14 

.Изобретение относится к горной промышленности, а именно к конструкциям крепей горных выработок из набрызг-бетона. Цель изобретения - снижение трудоемкости и упрощение технологии возведения крепи.

На фиг. 1 изображена крепь горной выработки, поперечное сечение; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - технологическая схема возведения крепи, поперечный разрез; на фиг. 4 - принципиальная схема расчета деформационной характеристики крепи (кривая I - деформационная характеристика породного массива, кривая 2 - зависимость веса пород зоны предельного равновесия от смещения породного контура, кривые 3 и 4 - деформационные характеристики крепей); 15 на фиг. 5 - деформирование породной балки без потери сплошности; на фиг. 6 - то же, при образовании и раскрытии трещин в области растягивающих напряжений; на фиг. 7 - то же, в запредельном состоянии породы в опасных сечениях; на фиг. 8 - раз- 20 рушение породы в опасных сечениях в области сжимающих напряжений и обрушение породной балки; на фиг. 9 - принцип вовлечения пород зоны предельного равновесия

возведение набрызг-бетонной крепи участками вслед за подвиганием проходческого забоя.

Предлагаемая крепь работает следующим образом.

5 По мере деформации вмещающих выработку пород под воздействием горного давления происходит нагружение первоначально упрочненного породного слоя до уровня, равного величине его несущей способности

)Q В жестком режиме работы. После превыще- ния внешними нагрузками этого уровня наступает податливый режим работы упрочненного породного слоя, при котором он, взаимодействуя с анкерами посредством сил трения и путем скола материала стопорных элементов, вовлекает заанкерованный породный массив в сопротивление внещним нагрузкам. При этом происходит сжатие демпферного слоя и посредством этого постепенное нагружение набрызг-бе- тонного слоя до предельной величины (равной его несушей способности) с одновременным разгружением породного массива без расслоения и нарушения сплошности пород. Однако большую часть внешних нагрузок воспринимает система упрочненный

30

35

В работу по сопротивлению внещним нагруз- 25 породный слой - анкера - породный массив кам; на фиг. 10 - расчетная схема взаимодействия анкера с упрочненным породным слоем и породным массивом; на фиг. 11- зависимость минимально необходимой толщины ((би)мин упрочненного породного слоя от предела прочности скрепляющего материала тс.« на одноосное сжатие (кривая 5 - при d 20 мм, кривая 6 - d 25 мм, кривая 7 - при d 30 мм); на фиг. 12 - расчетная схема к определению наружного диаметра стопорного элемента.

Крепь горных выработок из набрызг-бетона включает упрочненный породный 1, демпферный 2 и набрызг-бетонный 3 слои и анкеры 4 со стопорными элементами 5.

Крепь из набрызг-бетона возводят следующим образом.

По мере подвигания проходческого забоя в кровле и боках выработки устанавливают анкеры 4, затем с помощью, например, пневмобетономашины 6 методом набрыз- га наносят на породную поверхность твердеющий материал, создавая таким образом из омоноличенной породы упрочненный породный слой 1. Одновременно методом на- брызга, не меняя состава твердеющего материала, вокруг выступающих частей анкеров возводят стопорные элементы 5 длиной, равной проектной толщине демпферного слоя. JQ Затем возводят демпферный слой 2, введя в состав твердеющего материала необходимое количество поризатора (например, бен- зосульфокислоты) посредством дозатора 7. При достижении демпферным слоем расчетной толщины дозатор 7 отключают и, не прерывая процесса набрызг-бетонирования, возводят набрызг-бетонный слой 3 нужной толщины. Таким образом, осуществляют

и в несколько раз меньшая часть нагрузок передается на набрызг-бетонный слой, что обеспечивает устойчивое состояние выработки при минимальной материалоемкости ее крепи.

Формула изобретения

Крепь горных выработок из набрызг-бетона, включающая упрочненный породный, демпферный и набрызг-бетонный слои с анкерами, отличающаяся тем, что, с целью снижения трудоемкости и упрощения технологии возведения крепи, упрочненный породный слой выполнен с возможностью перемещения относительно продольной оси анкеров с реакцией отпора, равной несу40 способности системы анкер - стопорный элемент - упрочненный породный слой, а демпферный слой снабжен стопорными элементами, взаимодействующими с анкерами и упрочненным породным слоем, при этом диаметр стопорного элемента определен

45 следующим выражением:

би .,. .1-5тф jO,5

-3- (Тп м Гтп 1 Л ,

Я

где d - диаметр арматурного стержня анкера;

От - предел текучести стали; бн -толщина упрочненного породного

слоя;

ас.м.- предел прочности на сжатие скрепляющего материала; ftp - коэффициент трения скрепляющего

материала по стали;

Ф и Тс - угол внутреннего трения и предел прочности на срез материала стопорного элемента.

()X

55

возведение набрызг-бетонной крепи участками вслед за подвиганием проходческого забоя.

Предлагаемая крепь работает следующим образом.

По мере деформации вмещающих выработку пород под воздействием горного давления происходит нагружение первоначально упрочненного породного слоя до уровня, равного величине его несущей способности

В жестком режиме работы. После превыще- ния внешними нагрузками этого уровня наступает податливый режим работы упрочненного породного слоя, при котором он, взаимодействуя с анкерами посредством сил трения и путем скола материала стопорных элементов, вовлекает заанкерованный породный массив в сопротивление внещним нагрузкам. При этом происходит сжатие демпферного слоя и посредством этого постепенное нагружение набрызг-бе- тонного слоя до предельной величины (равной его несушей способности) с одновременным разгружением породного массива без расслоения и нарушения сплошности пород. Однако большую часть внешних нагрузок воспринимает система упрочненный

породный слой - анкера - породный массив

породный слой - анкера - породный массив

и в несколько раз меньшая часть нагрузок передается на набрызг-бетонный слой, что обеспечивает устойчивое состояние выработки при минимальной материалоемкости ее крепи.

Формула изобретения

Крепь горных выработок из набрызг-бетона, включающая упрочненный породный, демпферный и набрызг-бетонный слои с анкерами, отличающаяся тем, что, с целью снижения трудоемкости и упрощения технологии возведения крепи, упрочненный породный слой выполнен с возможностью перемещения относительно продольной оси анкеров с реакцией отпора, равной несуЦ ей способности системы анкер - стопорный элемент - упрочненный породный слой, а демпферный слой снабжен стопорными элементами, взаимодействующими с анкерами и упрочненным породным слоем, при этом диаметр стопорного элемента определен

следующим выражением:

би .,. .1-5тф jO,5

-3- (Тп м Гтп 1 Л ,

Я

где d - диаметр арматурного стержня анкера;

От - предел текучести стали; бн -толщина упрочненного породного

слоя;

ас.м.- предел прочности на сжатие скрепляющего материала; ftp - коэффициент трения скрепляющего

материала по стали;

Ф и Тс - угол внутреннего трения и предел прочности на срез материала стопорного элемента.

()X

..: ;:.-.V:l:|:-.:-.: : ..:.:

Ж)0б

/

Фиг. 2

Фиг. 3

i

Vu.s

Изобретение относится к горной промышленности. Целью является снижение трудоемкости и упрощение технологии возведения крепи. Крепь включает упрочненный породный слой (УПС) 1, демпферный сл ой 2 и набрызг-бетонный слой 3 с анкерами 4. При этом УПС 1 выполнен с возможностью перемещения относительно продольной оси анкеров 4 с реакцией отпора, равной несущей способности системы анкер - стопорный элемент - упрочненный породный слой. Демпферный слой 2 снабжен стопорными элементами, взаимодействующими с анкерами 4 и УПС 1. Диаметр стопорных элементов определяется по формуле dc + + 2(г:4-5н:ё о1. .) 1 -sin f: r :Cos4 f где d - диаметр арматурного стержня анкера; от - предел текучести стали; 6н- толщина упрочненного породного слоя; а - предел прочности на сжатие скрепляющего материала, frp - коэффициент трения скрепляющего материала по стали; ф и тс - угол внутреннего трения и предел прочности на с-рез материала стопорного элемента. В кровле и боках выработки устанавливают анкеры 4. На иородную поверхность методом набрызга наносят твердеющий материал, создавая т.обр. УПС 1. Одновременно, не меняя состава твердеющего материала, возводят стопорные элементы 5. Затем возводят слой 2. При достижении слоем 2 расчетной толщины, не прерывая набрызг-бетонирование, возводят слой 3. 12 ил. I СО со Риг. 7

т

i.A;-- .

::o-: V.V n4V;:

:Уй 7: ;-- -Ь

Vuz.B

9иг.7

Риг.8

15

(Риг.1

Фиг. 12

Составитель Л. Березкина

Редактор А. СабоТехред И. ВересКорректор И. Эрдейи

Заказ 942/33Тираж WsПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4