Крепь подземных выработок Советский патент 1991 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к области крепления горных выработок при разработке угольных пластов на глубоких горизонтах в условиях повышенного горного давления и интенсивного смещения пород.

Целью изобретения является повышение надежности крепи.

На фиг.1 показана крепь, общий вид; на фиг,2 - то же, вид сбоку; на фиг.З - клин с подвижными гранями в сборе; на фиг.4 - разрез, перпендикулярный продольной оси арки крепи на фиг.З.

Арочная податливая незамкнутая крепь для выработок глубоких горизонтов содер- жит верхняк 1, боковые стойки 2, которые соединены в узлах податливости 3 хомутами с планками и гайками 4. Клин 5 с подвижными гранями включает грани б, шарнирно соединенные между собой, и упругий ежи- маемый элемент 7, закрепленный внутри клина между гранями 6. Ось шарнира 8 подвижно закреплена в отверстиях 9 стоек 10, жестко закрепленных внутри желоба верх- няка 1 и боковых стоек 2.

Жесткое межрамное ограждение.выполнено из сопрягающихся желобов 11 и содержит в узле сопряжения желобов клин 12.

Клин 5 с подвижными гранями изготав- ливают отдельйыми секциями длиной 300 400 мм и закрепляют по периметру верхня- ка 1 и боковых стоек 2 на поверхности с помощью электросварки. Крепь устанавливают в проходческом забое в последова- гельности, регулируемой соответствующей инструкцией.

После установки двух соседних арок пространство между ними перекрывают жестким межрамным ограждением 13..

Работа крепи рассматривается применительно к большой глубине разработки в условиях незатухающей ползучести пород, что имеет место, когда напряжение в породах превышает их прочность. В этих условиях смещения пород кровли и боков происходят примерно с одинаковой скоростью. Возможны три схемы работы крепи.

Схема 1. Давление смещающихся пород передается на раскалывающую кромку 14 клина 5 с изменяемым углом раскрытия. Когда давление кромки 4 клина 5 на породы превышает их прочность на раскалывание (растяжение), происходит разрушение пород на некоторую глубину. Куски разрушен- ных за счет раскалывания пород по желобам межрамного ограждения 13 под действием сил собственного веса перемещаются вниз и скапливаются на почве выработки. В условиях слабых пород куски

значительных размеров дополнительно раскалываются жестким клином 12 межрамного ограждения 13. При дальнейшем смещении кровли и боков взаимодействие их с крепью не изменяется.

Схема 2. В условиях более прочных пород клин 5 внедряется в породы на некоторую глубину без их разрушения. За счет внедрения клина 5 в породы давление на боковые грани 6 клина 5 постепенно увеличивается. Когда суммарная величина сил, действующих на грани клина 5 по нормали, превышает прочность упругого сжимаемого элемента 7, грани клина 5 сходятся, угол раскрытия граней 6 уменьшается и за счет этого клин 5 внедряется в породы на значительную величину, что приводит к раскалыванию пород. Куски породы, отколотой от массива под действием клина 5, по желобам межрамного ограждения 13 под силой собственного веса скатываются вниз и скапливаются на почве выработки.Куски породы значительного размера дополнительно раскалываются клином 12 межрамного ограждения 13 и также скатываются вниз по желобам 10.

После откалывания кусков породы от массива давление на грани клина 5 уменьшается, грани 6 под влиянием сил упругого восстановления элемента 7 расходятся и сопротивление клина смещающимся породам увеличивается. Наступает короткий период равновесия системы крепь - порода. Это равновесие сохраняется до тех пор, пока давление пород не начнет сжимать грани 6 клина 5. После этого цикл работы клина повторяется.

Схема 3. Известно, что прочность пород в глубине массива выше, чем прочность вблизи стенок выработки, Если в процессе смещения пород давление их на раскалывающую кромку 14 клина 5 и на грани 6 превышает усилие сжатия упругого элемента 7, а породы не разрушаются, то в этом случае суммарная величина вертикальных и горизонтальных сил, действующих на клин 5, а через него на верхняк 1 и боковые стойки 2, превышает сопротивление арки податливости и происходит проскальзывание концов верхняка 1 и стоек 2 в узлах податливости 3. За счет проскальзывания верхняка 1 и стоек 2 в узлах податливости 3 нагрузка на арку уменьшается и смещение в узлах податливости прекращается. Наступает состояние равновесия системы порода - крепь. Продолжительность состояния равновесия зависит от конкретных условий.

При нарушении равновесия боковые породы перемещаются под влиянием высоких внутренних напряжений. За счет смещения

породы разрыхляются, прочность их уменьшается. В породах уменьшенной прочности повторяется схема 2 работы клина 5, характеризующаяся уменьшением угла раскрытия граней клина, что приводит к разрушению пород за счет их раскалывания клином.

Формула изобретения Крепь подземных выработок, включающая соединенные замками податливости

0

стойки и верхняк и закрепленные по внешнему периметру крепи опорные элементы, отличающаяся тем. что, с целью повышения надежности крепи, опорные элементы выполнены в виде клиньев, каждый из которых имеет внутри упругий элемент, а грани клиньев соединены в их вершинах шарниром, выполненным е виде оси, связанной по концам с жестко закрепленными внутри профиля крепи стойками.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для крепления выработок. Цель - повышение надежности крепи. Крепь состоит из верхняка 1 и стоек, которые соединены замками податливости. По внешнему периметру крепи закреплены опорные элементы (Э), которые выполнены в виде клина (К). Каждый К имеет подвижные грани 6, шарнирно соединенные между собой, и упругий сжимаемый Э 7, размещенный внутри К. Ось шарнира 8 подвижно установлена в отверстиях 9 стоек 10, жестко скрепленных со стойками и верхняком арок. Под действием давления пород на грани 6 угол раскрытия К уменьшается, а К внедряется в породы. При внедрении К породы разрушаются, их давление на крепь снижается и под действием Э 7 происходит раскрытие угла К до первоначального. 4 ил.

фиг. 2

10

фиг /

Фиг А