Крепь вертикальной горной выработки Советский патент 1992 года по МПК E21D5/04 

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению вертикальных шахтных стволов в сложных горно-геологических и технических условиях.

Известна крепь для вертикальных горных выработок, включающая выполненные из нескольких сегментов кольца, уложенные одно на другое с заполнением закрепного пространства тампонажным раствором, причем каждое кольцо выполнено в поперечном сечении в виде трапеции, меньше основания которой расположено снизу 1.

Недостатком существующей конструкции крепи является ограниченная способность в условиях высокого давления и больших смещений окружающих ствол пород В крепи отсутствуют элементы податливости для компенсации больших смещений.

Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой является сборная железобетонная крепь вертикальной горной выработки, включающая выполнение из нескольких тюбингов колец, уложенных одно на другим, причем торцовые поверхности колец выполнены наклонными, при этом одно из колец является несущим, наклон торцовых поверхностей выполнен в сторону уменьшения к контуру вмещающих пород, а закрепное пространство между этим кольцом заполнено податливым материалом; второе смежное с ним кольцо является расклинивающим, торцовые поверхности выполнены в сторону увеличения к контуру вмещающих пород, а закрепное пространство заполнено жестким бетоном в вертикальными вкладышами из податливого материала, делящими закрепленное пространство на сегменты; несущее кольцо выполнено из нескольких тюбингов с жесткими соединениями, а расклинивающее кольцо выполнено из нескольких тюбингов

4J К

Ю

с шарнирными соединенными между собой и снабжены компенсационными вкладышами из податливого материала 2.

Недостатком существующей конструкции крепи является отсутствие связи в вер- тикальной плоскости между сегментами в расклинивающем кольце, что снижает ее устойчивость при неравномерных нагрузках, а незначительное сцепление между контуром выработки и несущим кольцом снижает надежность работы крепи.

Кроме того, в условиях проходки и крепления шахтного створа, при ограниченных возможностях гразоподьемных средств, тюбинги должны быть ограниченных размеров и веса, что усложняет процесс и снижает скорость возведения крепи.

Целью изобретения является повышение надежности эксплуатации крепи.

Это достигается тем, что несущие и рас- клинивающие кольца снабжены замоноли- ченными в их теле объемными элементами из пористого материала, а расклинивающие кольца снабжены пластинами, при этом вкладыши из пористого материала выпол- нены в виде объемных эле ментов, а сегменты изготовлены разделенными по высоте объемными элементами на ярусы, причем объемные элементы в ярусах размещены со смещением относительно друг друга, а пластины установлены на поверхностях ярусов с образованием плоскостей скольжения.

Такое решение позволяет при смещениях пород расклинивающему кольцу умень- шиться в диаметре за счет разрушения целиков между объемными телами на стыках сегментов, а также деления целого кольца на сегменты по линиям разрушения объемных тел, при этом образуется в верти- кальной плоскости стык с прямоугольными выступами по ярусам и плоскостям скольжения на границах ярусов.

Кроме того, в каждом ярусе в горизонтальной плоскости образуется стык имеющий выпукло-вогнутую форму. В совокупности образующийся стык в расклинивающем кольце имеет сложное пространственное ориентирование, позволяющее ему (кольцу) уменьшиться в диаметре в то же время не- сти значительную нагрузку в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Несущее кольцо замоноличено в стыках вертикального ствола и выдерживает горное давление как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. При повышенном горном давлении и смещении пород разрушаются часть или полностью целички между объемными телами. Происходит компенсация смещения горных пород. Несущее

кольцо в этом случае находится в сжатом состоянии, но не разрушенным. Величина выдерживаемого давления на кольцо будет определяться сечением разрушающихся целичков между компенсационными объемными телами. Это давление будет выдерживаться до тех пор, пока не будет израсходован весь объем компенсации заложенный в объемных телах из пористых материалов.

Таким образом, в совокупности значительно повышается Несущая способность предлагаемой крепи.

На фиг. 1 показана вертикальная горная выработка (с левой стороны от вертикальной оси по расклинивающему кольцу, с правой стороны - по несущему кольцу); на фиг. 2 - стенка ствола, вертикальный разрез; на фиг, 3 - сечение по А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез крепи по стыку между сегментами и в расклинивающем-кольце; на фиг. 5 - сечение по Б-П на фиг. 4.

Крепь вертикальной горной выработки состоит из несущего кольца 1 (фиг. 1, 2), расклинивающего кольца 2, выполненных из монолитного железобетона. Кольца 1 и 2 возведены одно над другим и чередуюются между собой, Между торцами колец перед заливкой последующего кольца устанавливается прокладка например из рубероида, образующая торцовую границу кольца. Торцовые поверхности 3 и 4 выполняются наклонными для осуществления расклинки несущих колец 1 Элементы податливости несущего кольца 1 выполнены в виде замоноличенных в бетон объемных тел (фиг. 2, 3) в форме шаров, кубиков, параллелепипедов, цилиндрических и др разновидностей из пористого материала, способных при сдавливании уменьшаться в объеме. Целики 6 между объемными телами должны выдерживать расчетное давление. Объем занимаемый телами 5 должен обеспечивать компенсацию сдвижения горных пород на весь срок эксплуатации ствола.

Расклинивающее кольцо 2 также выполнено из монолитного железобетона как единое целое, Деление расклинивающихся колец 2 на сегменты 7 (фиг. 1) происходит во время эксплуатации ствола при его сдавливании за счет уменьшения в объеме замоноличенных тел 8 (фиг 4 и 5) из пористого материала, размещенных на стыках 9 сегментов 7. Объемные тела 8 могут быть выполнены, например, шаровыми, как показано на фиг. 4 и 5 Стык 9 по высоте расклинивающего кольца 2 разделен на ярусы 10. Объемные тела 8 в каждом ярусе 10 смещены относительно друг друга

Горизонтальные поверхности на границах ярусов 10 между объемными телами 8 (фиг, 4) выполнены, например, из листового железа 11с образованием после замоноли- чивания плоскостей скольжения по этим поверхностям. В ярусе 10 в горизонтальной поверхности стык 9 выполнен криволинейной формы в соответствии с расположением объемных тел 8 (фиг. 5). Уменьшение диаметра расклинивающего кольца 2 должно компенсироваться объемом пористых тел 8.

Крепь вертикальной горной выработки работает следующим образом.

При повышенных давлениях изменяется контур ствола и уменьшается его диаметр. Крепь может работать при равномерном уменьшении сечения выработки, а также при неравномерном распределении горного давления, т.е. когда смешения различны в сечениях.

При повышенных давлениях (превышающих расчетное), разрушаются целики б (фиг1. 1, 3) в несущем кольце 1, Разрушение целиков б может происходить равномерно со всех сторон (при равномерном давлении) или по направлениях действия больших давлений. Так как прочность несущего кольца 1 в несколько раз (по меньшей мере в 3 раза) выше прочности целиков б, то вся компенсация из-за изменения диаметра породного контура ствола происходит за счет сжатия объемных тел 5. Количество и обьем пористых тел 5 должны обеспечивать компенсацию смешений пород на весь срок эксплуатации ствола. При этом целостность монолитного несущего кольца 1 обеспечивает эксплуатационно-транспортные и другие функции ствола.

В то же время повышенное давление на расклинивающие кольца 8 (фиг. 1, 2, А, 5) будет производить их сжатие, при котором произойдет расчленение расклинивающих колец 2 по линиям размещения в них объемных тел 8 и деление на сегменты 7. При сжимающих нагрузках целики 12 (фиг. 4, 5) между телами 8 разрушаются с образованием стыков 9 в виде криволинейных поверхностей (фиг. 5) в ярусах 10 (фиг. 4).

По высоте расклинивающего кольца стык 9 (фиг. 4) образует прямоугольные выступы с плоскостями скольжения между листами 11, В результате горного давления образуются сегменты 7 (фиг. 1) с еогнуто-вы пуклыми стыками между ними Такая конфи- 5 гурация стыка 9 обеспечивает подвижность сегментов при уменьшении диаметров расклинивающихся колец 2.

При своем движении внутрь ствола сегменты 7 за счет наклонных торцовых повер

0 хностей 3, 4 (фиг. 2) будут производить расклинивание несущих колец 1.

При равномерном горном давлении уменьшение диаметров расклинивающихся колец 2 идет равномерно и компенсируется

5 за счет прессования пористого материала объемных тел 8 (фиг. 4, 5).

При неравномерном давлении массива на крепь ствола происходит неравномерное перемещение отдельных сегментов 7 отно0 сительно друг друга и разворот их по стыкам 9.

При перемещении сегментов 7 распираются несущие кольца 1, происходит их упрочнение за счет трехстороннего сжатия.

5 Все это в совокупности позволяет повысить несущую способность и надежность эксплуатации крепи, выполненную из монолитного железобетона, при менее трудоемкой технологии его возведения в условиях стро0 ящегося ствола шахты

Формула изобретения Крепь вертикальной горной выработки, включающая несущие кольца и сегментные

расклинивающие кольца с вкладышами из пористого материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности эксплуатации, несущие и расклинивающие кольца снабжены замоноличенными в их

теле вкладышами из пористого материала, а расклинивающие кольца снабжены пластинами, при этом вкладыши из пористого материала выполнены в виде обьемных элементов, а сегменты выполнены состаеными и разделенными по высоте объемными элементами на яоусы. причем объемные элементы в ярусах размещены со смещением относительно друг от друга, а пластины установлены на поверхностях

ярусов с образованием плоскостей скольжения.

Ј

«V

i

см

(О

чО)

ч- г7/J-B

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению вертикальных шахтных стволов. Сущность изобретения: крепь включает несущие кольца 1 и сегментные расклинивающие кольца 2, которые снабжены объемными элементами 5 из пористого материала, размещенными между целиками 6. Кольца 2 разделены на сегменты 7 вкладышами 8 из пористого материала и снабжены пластинами, вкладыши 8 выполнены из объемных элементов, а сегменты 7 разделены по высоте на ярусы. Объемные элементы 8 в ярусах размещены со смещением, а пластины установлены на поверхностях ярусов с образованием плоскостей скольжения. 5 ил.

Редактор А Мотыль

Техред М Моргентал

Заказ 2575ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул.Гагарина 101

Корректор Т. Палий