Металлическая крепь Советский патент 1993 года по МПК E21D11/14 

Изобретение относится к горному делу, а именно к крепи для подготовительных и капитальных горных выработок шахт и рудников.

Цель изобретения - повышение несущей способности крепи при одновременном снижении за счет этого ее удельной массы, более равномерным распределени-. ем воспринимаемых нагрузок пространственной системой, образуемой рамами крепи с затяжками, и улучшение аэродинамических показателей выработок, закрепленных металлической рамной крепью.

Поставленная цель достигается тем, что затяжке крепи придана форма гибкой нити с соотношением стрелы прогиба f к пролету f 1 1

I равным у

12

для горных выработок с коэффициентом крепости вмещающих пород по М.М. Протодьяконо- ву до 3 включительно

т у ок Для горных выработок с коэффициентом крепости вмещающих пород свыше 3.

Крепь также содержит элементы для соединения затяжек между собой по периметру выработок, выполненных в виде

спиралей из стержней П-образной формы, которые образуются при загибе этих стерж«- ней вокруг крайних продольных стержней стыкуемых затяжек, что позволяет осуществлять в собранном виде лово рот затяжек относительно друг друга на .180°. При этом создаются предпосылки для транспортирования при механизированном возведении крепи укрупненных блоков, включающих по несколько затяжек (пакетов), устанавливаемых на крепь одновременно.

При работе крепи, соединенные между собой по периметру рамы затяжки работают не как отдельные конструкции, а как пространственная шарнирная система, улучшающая работу крепи за счет возможности перераспределения нагрузок.

Изобретение базируется на следующих основных положениях.

Известно, что продольные стержни металлических решетчатых затяжек, предназначенных для межрамного ограждения в горных выработках имеют практически незначительную жесткость, что позволяет классифицировать их как гибкие нити, работающие в пределах упругости. Аналогично линиям электропередачи, у которых предусматривается прогиб для увеличения Htecy00

о

ел о о

ы

щей способности, учитывая необходимость работы в зимних условиях при нарастании массы снега (льда) на проводах, затяжка с заранее заданным прогибом, опирающаяся на рамках крепи, придает крепи новое качество, позволяющее совмещать высокопрочные рамы с тонкопроволочной .решетчатой затяжкой за счет многократного повышения несущей способности последней.

В этом заключается существенная новизна данного предложения, отвечающая первой части цели изобретения.

Из исследований по рудничной аэрологии известно, что в горных выработках основное сопротивление движению воздуха оказывают рамы крепи (звенья), установленные вразбежку.

Основными составляющими сопротивления здесь являются давление на лобовую часть звеньев рам крепи, диссипация (рассеивание) энергии вследствие трения в вихрях застойной зоны, трения о поверхность крепи и стенки выработки.

При установке рам крепи всплошную застойные зоны минимальны.

По мере увеличения расстояния между рамами крепи увеличивается объем вихревых зон и, следовательно, потеря энергии в них. Опыт показывает, что максимум сопротивления достигается при расстоянии между рамами крепи, примерно равным 5-6 высотам звеньев, т.е. исходя из высоты применяемых спецпрофилей СВП это расстоя- ние соответствует наиболее часто применяемым расстояниям между рамами крепи от 0,6 до 0,8 м.

Таким образом горная выработка работает в наиболее тяжелых аэродинамических условиях.

Придавая решетчатой затяжке заранее заданный прогиб Г мы значительно уменьшаем сопротивление воздушному потоку между звеньями крепи приблизив его к оптимальному, что является существенной новизной данного предложения, отвечающая второй части цели изобретения.

Естественно предположить, что при заранее заданном прогибе f для изготовления решетчатой металлической затяжки потребуется более длинная заготовка, чем при плоской затяжке, т.е. будет определенный перерасход металла.

Поэтому для эффективного практического использования предполагаемого изобретения необходимо определить оптимальные прогибы решетчатой металлической затяжки, которые при минимальном перерасходе металла, обеспечивали бы в несколько раз (не менее 2х) несущую спо- собность затяжки и значительное улучше0

ние аэродинамических показателей горной выработки, закрепленной рамами с этой затяжкой, за счет уменьшения сопротивления воздушному потоку между рамами крепи,

Проведенные авторами экспериментально-аналитические исследования на логико-математических моделях для разных диапазонов горногеологических условий позволили определить, что оптимальные соотношения вышеуказанных прогибов f к пролетам I находятся в пределах f 1 . 1

I

ТО Т в ВЬ|Работках с коэффициентом крепости вмещающих пород по М.М, Протодьяконову до Зх включительно и

т TF -on B выработках с коэффициентом крепости пород свыше 3,

Расход металла, идущего на предвари- тельно заданный прогиб, колеблется в пределах от 0,3 до 2,1 см на стержень, т.е. находится практически в пределах плюсовых допусков, принятых заводами-изготовителями.. . . Данные соотношения отвечают всем ти- поразмерам спецпрофилей металлокрепи горных выработок от № 17.до № 33.

Таким образом, в полученных соотношениях -г заключается существенная новизна данного предложения, относящаяся ко всем частям цели изобретения.

На фиг. 1. показана крепь из рам с межрамным ограждением (затяжками); на фиг, 2

- вид сверху: на фиг. 3 - узел крепления затяжек по периметру рамы; на фиг. 4 - соединительный элемент.

Решетчатая затяжка состоит из про дольных стержней 3, поперечных 4 и соединительного элемента 5 в виде стержня П-образной формы. Продольные 3 и поперечные 4 стержни рварены в каркас, образуя ряд ячеек. Для повышения несущей способности и снижения аэродинамического со противления крепи затяжке придана форма гибкой нити с заранее заданной стрелой

прогиба в виде соотношения к пролету у .

С помощью соединительного элемента 5 в виде П-образного стержня затяжки соединены друг с другом по периметру рамы. Для более четкой фиксации затяжек на рамах крепи, концы затяжек могут быть при изготовлении выполнены в виде захватов разнообразных форм.

Работа крепи заключается в следующем. Перед возведением очередной рамы крепи затяжки соединяются между собой по периметру рам с помощью соединительных элементов из П-образных стержней.

При этом при механизированном возведении крепи все затяжки данной рамы соединяются между собой, при ручном только часть затяжек, остальные соединяются уже по месту после установки затяжек на крепь. Для соединения затяжек по периметру рам П-образный стержень заводится между двух стыкуемых между собой боками затяжек, примерно, в третях пролета от концов затяжек, ввинчиваясь подобно спирали в свободное.пространство ячеек, образуя при этом два шарнира вдоль крайних продольных стержней смежных затяжек. Во время транспортировки эти шарниры позволяют более компактно транспортировать затяж- ки целыми комплектами.

После возведения при нагружении крепи затяжка работает как гибкая нить с заранее заданным прогибом, что многократно увеличивает ее несущую способность и зна- чительно снижает аэродинамическое сопротивление крепи и соответственно .выработки. Соединенные друг с другом по периметру рам спиральными соединениями затяжки образуют вместе с рамами крепи пространственную систему, перераспределяющую более равномерно нагрузку на крепь.

Изобретение обладает существенными преимуществами по сравнению с известны- ми конструкциями крепей с металлическими решетчатыми затяжками, а именно значительно повышается несущая способность затяжек в 2 и более раз; снижается аэродинамическое сопротивление крепи, а соответственно и выработки. Например, коэффициент аэродинамического сопротивления выработки снижается ориентировочно в 1,2-1,7; при работе крепи, соединенные между собой по периметру рам затяжки ра- ботают в крепи не как отдельные конструкции, а как пространственная шарнирная

система, улучшающая работу крепи за счет перераспределения воспринимаемых нагрузок; при транспортировке крепи к месту монтажа появляется возможность доставки затяжек не штучно, а комплектами, что позволяет более эффективно осуществлять до- ставку крепи; при возведении крепи создаются предпосылки для возведения крепи не поэлементно, а секциями, что позволяет эффективно использовать крепе- устанрвщики и снизить тем самым обьемы ручного труда; позволяет за счет заранее заданного в указанных пределах прогиба f существенно изменить несущую способность затяжек, что открывает перспективы для значительной экономии металла, уменьшения массы крепи, создания принципиально новых конструкций.

.Формул а из обретения

Т. Металлическая крепь, включающая раму, решетчатую металлическую затяжку, соединительные элементы, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности и улучшения аэродинамических показателей крепи, затяжка выполнена в виде гибкой нити с соотношениями стрелы прогиба f к ее пролету (, равным

J jn+J2 для Г°РНЫХ выработок с коэффициентом крепости вмещающих пород по М.М. Протодьяконову до 3 и

в выработках с коэффициентом крепости пород не менее 3.

2. Крепь по п. 1, о т л и ч а. ющаяся тем, что соединительные элементы затяжек между собой по периметру рамы выполнены в виде скобы из стерженй П-образной формы, концы которых загнуты вокруг крайних продольных стержней стыкуемых затяжек в виде спирали. . ,;

Использование: в горных выработках шахт угольной и горно-рудной промышленности. Сущность изобретения: затяжка крепи имеет форму гибкой нити с оптимальным соотношением стрелы прогиба к ее пролету и элементы для соединения затяжек по периметру рамы выполнены из П-образных стержней, образующих спиральные шарниры. 1 п.з. ф-лы. 4 ил.

&/./

Фие.З

Фиг2

Фиг4