Способ крепления горной выработки Советский патент 1992 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам крепления выработок в сложных условиях сильно пучащих пород и большого всестороннего горного давления.

Известен способ крепления горной выработки, включающий возведение рам крепи из двутавра с жестким соединением в вершине свода.

Недостатком данного способа является непротиводействие со стороны пучащих пород почвы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления горной выработки, включающий возведение замкнутых рам посредством последовательного жесткого соединения верхняка со стойками и стоек с обратным сводом.

Недостаток известного способа обусловлен низкой надежностью крепления на давление пучащих пород почвы.

Цель изобретения - повышение надежности крепления путем увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу крепления горной выработки, включающему возведение замкнутых рам посредством последовательного жесткого соединения верхняка со стойками и стоек с обратным сводом, в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку, при этом продольную силу в ней определяют из выражения

., . л2 N

q-a

0,405 а +

25-E-J

а Ер Sp где N - продольная сила в растяжке, МН;

g - расчетная вертикальная нагрузка, МН/м;

а - полупролет сечения крепи, м:

Е - модуль упругости материала рамы крепи, МПа;

J - момент инерции сечения рамы крепи, м4;

Ер - модуль упругости материала растяжки, МПа,

Sp - площадь сечения растяжки, м2,

В качестве растяжки используют арматурный стержень, диаметр которого определяют из выражения

d-1,61

т

Rr

где d - диаметр растяжки (арматурного стержня), м;

Rp - предел прочности материала растяжки на растяжение, МПа;

1,61 - расчетный коэффициент.

Кроме того, в качестве растяжки используют канат, который огибают вокруг стоек и закрепляют зажимами,

На фиг. 1 показана рама крепи; на фиг.2-узел I на фиг. 1 (соединение растяжки в виде арматурного стержня); на фиг.З .- узел II на фиг.1 (соединение растяжки в виде каната), на фиг.4 -расчетная схема рамы крепи; на фиг.5 - эпюра изгибающих моментов в раме крепи без растяжки; на фиг.6 - эпюра изгибающих моментов в раме крепи с растяжкой.

Способ осуществляют следующим образом.

Замкнутую раму крепи (фиг.1) возводят из последовательно жестко соединяемых между собой верхняка 1, стоек 2 и обратного

свода 3. Раму выполняют из двутаврового прокатного профиля .№N«16-26 в зависимости от типоразмеров выработок. Соединение элементов 1-3 рамы крепи осуществляют посредством торцовых накладок 4, скрепляемых болтовой связью 5.

Для значительного усиления рамы последнюю снабжают растяжкой 6„ закрепляемой на стойках 2 в месте их соединения с

0 обратным сводом 3. В качестве растяжки 6 может быть использован арматурный стержень (фиг.2), жестко соединяемый с крепеж- ным элементом 7, который выполняют в виде отрезка спецпрофиля СВП и привари5 вают к стойкам 2 фланцами 8. Соединение может быть осуществлено посредством пропуска стержня 6 через отверстие 9 в спецпрофиле и затягивания гайкой 10 (стержень должен быть выполнен с резьбой на кон0 цах).

В качестве растяжки 6 может быть использован канат (фиг.З), который огибают вокруг стоек 2 рамы и закрепляют зажимами 1t. Расположение растяжки в узлах соеди5 нения стоек с обратным сводом на загромождает сечения выработки и, кроме того, существенно повышает несущую способность как обратного свода, так и рамы в целом.

0 В качестве расчетной принимаютверти- кальную нагрузку (фиг.4). Неучет отпора со стороны окружающих пород идет в запас прочности.

Конструкцию крепи в соответствии с

5 предлагаемым способом впоследствие омо- ноличивают. Работу бетона в запас прочности тоже не учитывают. Однако с учетом многочисленных случаев деформирования внутрь выработки обратного свода от пуче0 ния пород эти запасы небольшие.

. В соответствии с известным способом крепления обратный свод из-за малой кривизны работает как балка, в результате чего в нем возникают значительные изгибающие

5 моменты (фиг.5). После возведения крепи за ней неизбежно остается пустое пространство, крторое забучивается породой. В силу того, что модуль деформации забутовки значительно меньше модуля деформации окру0 жающего породного массива и в закрепном Пространстве остаются пустоты, в результате пучащего действия со стороны почвы стойки несколько смещаются в сторону породного массива. Этого достаточно для зна5 читальных деформаций обратной свода в сторону выработки.

При установке растяжки 6 (фиг.1) стойки 2 рамы крепи фиксируются - растяжка препятствует их перемещениям. Эпюра изгибающих моментов, соответствующая

предлагаемому решению, показана на фиг.6. Как видно из этой эпюры, изгибающие моменты в обратном своде 3 уменьшаются более чем на порядок. Одновременно в два раза уменьшаются наибольшие изги- бающие моменты в верхняке 1.

Произведенный методом сил расчет рамы, усиленной растяжкой 6, показал, что продольная сила в растяжке определяется следующим соотношением:

q а

0,405 а +

25E-J

а Ег

где N - продольная сила в растяжке, МН;

q - расчетная вертикальная нагрузка, МН/м;

а - полупролет сечения крепи, м;

Е - модуль упругости материала рамы крепи, МПа;

J - момент инерции сечения рамы крепи, м4;

Ер - модуль упругости материала рас- тяжки, МПа;

Sp - площадь сечения растяжки, м2.

Эта формула является исходной для нахождения диаметра растяжки. Если в качестве растяжки используют арматурный стержень, то его диаметр, считая Е Ер, определяют из выражения

.

d-1.61 -УЖИТ,

I Rp

ОС

где d - диаметр растяжки (арматурного °° стержня), м;

Rp - предел прочности материала арматурного стержня на растяжение, МПа;

1,61 - расчетный коэффициент.

В соответствии с этим, считая для крепи типа МАЗ-1 а 1,9 м, принимая q - 0,04 МН/м (Q 0,04 -1,9-2 0,152 МН 15,2 т), Rp 300 МПа (арматура класса А-1), находят d 2,56 см.

В качестве растяжки можно использовать арматурный стержень кл. А-1 диамет- ром 26 мм.

Для определения диаметра растяжки в виде каната необходимо предварительно вычислить значение продольной силы N. Притех же исходных данных, считая в качестве прокатного профиля двутавр № 16 (МАЗ-1) с J - 873 см по ГОСТ 8239-72, считая Ер - Е, D - 0,02 м. находят N - 0,127 МН 12,7 т.

Канаты и зажимы к ним можно подобрать, например, в соответствии с ГОСТ 3067-88, ГОСТ 3066/80, ГОСТ 13186-67, СТП 19-84 и др. В соответствии с ГОСТ

40

45

50

55

5

10

15

ОС

°°

40

5

0

5

3067-88 для данных условий подходит стальной канат диаметром 16 мм маркировочной группы 1670 (170 кг/мм2) и зажим № 16 по СТП 19-84.

Для установки растяжки из арматурного стержня крепежные элементы 7 целесообразно приваривать к стойкам 2 заранее в заводских условиях.

Таким образом, предлагаемое техническое решение повышает надежность крепления за счет увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом, а. также при прочих равных условиях дает возможность уменьшить материалоемкость крепи за счет увеличения шага установки рам.

Формула изобретения

1. Способ крепления горной выработки, включающий возведение замкнутых рам посредством последовательного жесткого соединения верхняка со стойками и стоек с обратным сводом, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности крепления за счет увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом, в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку, при этом продольную силу N а ней определяют из выражения.

2

N-q ...-, МН,

0,405 а +

25E-J

а Ер Sp

где q - расчетная вертикальная нагрузка, МН/м;

а - полупролет сечения крепи, м;

Е - модуль упругости материала рамы крепи, МПа;

J - момент инерции сечения рамы крепи, м4;

Ер - модуль упругости материала растяжки, МПа;

Sp - площадь сечения растяжки, м2.

2.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве растяжки используют арматурный стержень, диаметр d которого определяют из выражения

d 1,61

где Rp - предел прочности материала растяжки на растяжение, МПа;

. 1,61 - расчетный коэффициент.

3.Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растяжки используют канат, который огибает вокруг стоек и закрепляют зажимами.

II MUM ft Hi

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам креп- ления выработок в сложных условиях сильно пучащих пород и большого всестороннего горного вдавления. С целью повышения надежности крепления за счет увеличения несущей способности обратного свода и крепи в целом в процессе соединения стоек с обратным сводом в узлах этого соединения на стойках закрепляют растяжку. Прдольную силу в растяжке определяют из выражения N 0,405 а + 25 Е J где а Ер Sp N - продольная сила в растяжке, МН; .а - полупролет сечения крепи, м; Е - модель упругости материала рамы крепи, МПа; J - момент инерции сечения рамы крепи, м4; Ер - модуль упругости материала растяжки, МПа; Sp - площадь сечения растяжки, м2; q - расчетная вертикальная нагрузка, МН/м. В качестве растяжки используют либо арматурный стержень, либо канат. В первом случае растяжку жестко соединяют с крепежными элементами, а диаметр стержня определяют по формуле .61 ., где d-диаметр стержня, м; Rp - предел прочности материала арматурного стержня на растяжение, МПа; 1,61 - расчетный коэффициент. Во втором случае растяжку огибают вокруг стоек и закрепляют в выработке зажимами. Диаметр каната определяют на расчетную продольную силу по соответствующим ГОСТам. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. Ј XI ю СО СО СО СО

ГтТГГП THfTTfTttg

fe4

QtfStff Wfyoi

Фм5

фиг. 6