УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗКИ НА РАМНУЮ КРЕПЬ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначено для измерения нагрузки на рамную крепь горных выработок.
Известно устройство для измерения нагрузки на рамную крепь горных выработок, выполненное в виде динамометрического узла, содержащего верхний и нижний опорные элементы, упругий элемент и узел измерения деформаций упругого элемента. При этом упругий элемент выполнен в виде тарельчатой пружины, узел измерения деформаций упругого элемента выполнен в виде индикатора деформаций часового типа, измеряющего деформацию пружин при изменении нагрузки (Ардашев К.А., Ахматов В.И., Катков Г.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. - М.: Недра, 1981, с.91, рис.8.4).
Недостаток данного технического решения состоит в невозможности его использования для оперативного получения информации о динамике изменения нагрузки на крепь, при этом данное устройство предусматривает одновременное использование большого количества аналогичных устройств, размещаемых между крепью и породным контуром, что повышает трудоемкость и продолжительность измерений динамики изменения нагрузки на крепь.
В качестве ближайшего аналога выбрано устройство для измерения нагрузки на рамную крепь горных выработок, выполненное в виде динамометрического узла, содержащего верхний и нижний опорные элементы, выполненные с возможностью передачи продольных усилий до 25 тс и возможностью взаимодействия с упругим элементом, и узел измерения деформаций упругого элемента, причем верхний опорный элемент выполнен трубчатым, с возможностью изменения его длины, а его свободный конец снабжен упором (см. патент Российской Федерации №109561, MПК G01L 1/00, 2011 г).
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести использование в качестве нижнего опорного элемента гидравлической конструкции переменной жесткости, что может снизить достоверность полученных результатов в процессе нагружения, а также возможность утечки жидкости из гидравлического опорного трубчатого элемента через сальники.
Задачей полезной модели является повышение достоверности результатов за счет использования в качестве нижнего опорного элемента более жесткой винтовой системы, а также обеспечение возможности оперативного получения данных о динамике изменения нагрузки на крепь.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в создании устройства, использование которого позволяет оперативно получать достоверные данные о динамике изменения нагрузки на крепь за счет использования в качестве нижнего опорного элемента более жесткой винтовой системы. Кроме того, исключается необходимость проведения работ по установке многочисленных динамометров по периметру рам крепи и проведение измерений на оборудованных таким образом замерных станциях.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения нагрузки на рамную крепь горных выработок, выполненном в виде динамометрического узла, содержащего верхний и нижний опорные элементы, выполненные с возможностью передачи продольных усилий до 25 тс и возможностью взаимодействия с упругим элементом, средство измерения деформаций упругого элемента, причем верхний опорный элемент выполнен трубчатым, с возможностью изменения его длины и его свободный конец снабжен упором, а нижний опорный элемент снабжен упором, выполненным с возможностью контакта с подвижным элементом дополнительного индикатора деформации часового типа, корпус которого фиксируют в соответствующем гнезде, нижний опорный элемент содержит вертикально ориентированный стержень, состоящий из двух частей, обращенные друг к другу концы которых снабжены одинаково выполненной резьбой и соединены между собой с помощью муфты, внутренняя полость которой снабжена резьбой, участки которой нарезаны от торцов муфты и соответствуют резьбе, выполненной на концах частей вертикально ориентированного стержня, но противоположно направлены, при этом корпус муфты снабжен сквозным горизонтальным отверстием, выполненным с возможностью размещения в нем рукояти, выполненной в виде прямолинейного стержня, а также гнездом для фиксации корпуса дополнительного индикатора деформации часового типа, кроме того упор, выполненный с возможностью контакта с подвижным элементом дополнительного индикатора деформации часового типа, расположен на нижней части вертикально ориентированного стержня, за пределами снабженного резьбой участка нижней части вертикально ориентированного стержня, при этом длина нарезки каждого из соединяемых концов составляет около половины высоты муфты.
Кроме того, на верхней части нижнего опорного элемента устройства закреплены рукоятки для переноски.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 схематически показан общий вид устройства в рабочем положении, на фиг.2 показано соединение частей нижнего опорного элемента с муфтой.
На чертежах показаны динамометрический узел, включающий верхний опорный элемент 1, нижний опорный элемент 2, содержащий вертикально ориентированный стержень, состоящий из двух частей, упругий элемент 3, средство измерения деформаций 4 упругого элемента 3, причем свободный конец верхнего опорного элемента 1 снабжен упором 5, обращенные друг к другу концы частей нижнего опорного элемента 2 соединены между собой с помощью муфты 6, корпус которой снабжен сквозным горизонтальным отверстием 7, выполненным с возможностью размещения в нем рукояти 8, и гнездом 9 для фиксации корпуса дополнительного индикатора деформации 10 часового типа, а нижняя часть нижнего опорного элемента 2 снабжена упором 11, выполненным с возможностью контакта с подвижным элементом дополнительного индикатора деформации 10 часового типа, кроме того, свободный конец 12 нижней части нижнего опорного элемента 2 выполнен шарообразным и снабжен съемной опорной пятой 13, имеющей круглую выемку. В полости корпуса верхнего опорного элемента 1 размещена телескопически выдвижная штанга 14, а в стенках верхнего опорного элемента 1 по его диаметральным образующим размещен ряд сквозных отверстий 15, сечение которых выполнено в виде вертикально ориентированной прорези с закругленными краями. Через отверстия 16 телескопически выдвижной штанги 14 пропущен фиксирующий стержень 17, что обеспечивает возможность изменения длины верхнего опорного элемента 1. Кроме того, верхняя часть нижнего опорного элемента 2 снабжена рукоятками 18 для переноски.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают под верхняк трапециевидной или прямоугольной рамной крепи 19 по обоим ее концам на расстоянии 20-30 см от места соединения верхняка со стойкой. В выработках, закрепленных металлической рамной крепью из спецпрофиля, устройство для измерения нагрузки устанавливают под середину верхнего сегмента рамной крепи 19.
Предварительно определяют необходимую высоту устройства и регулируют его исходную длину, выдвигая выдвижную штангу 14 на соответствующую величину из корпуса верхнего опорного элемента 1, и фиксируя эту длину размещением фиксирующего стержня 17 в его соответствующих отверстиях 15 и 16 выдвижной штанги 14. Далее на почву 20 выработки укладывают съемную опорную пяту 13, в выемке которой устанавливают свободный конец 12 нижней части нижнего опорного элемента 2. После этого устройство размещают вертикально так, чтобы упор 5 надлежащим образом вошел в контакт с верхняком рамы крепи 19. Далее путем размещения рукояти 8 в сквозном горизонтальном отверстии 7 муфты 6 и поворота ее вокруг вертикальной оси обеспечивают предварительную фиксацию устройства с рамой крепи 19.
Затем в гнезде 9, закрепленном на корпусе муфты 6, известным образом фиксируют корпус дополнительного индикатора деформации 10 часового типа так, чтобы его подвижный элемент уперся в упор 11 нижней части нижнего опорного элемента 2. Далее проводят измерения, в ходе которых поворотом рукояти 8 вокруг вертикальной оси обеспечивают нагружение рамы крепи 19 вертикальным усилием, постоянно контролируя показания средства измерения деформаций 4 упругого элемента 3 и дополнительного индикатора деформации 10. В процессе нагружения показатели, фиксируемые средством измерения деформаций 4 упругого элемента 3 и дополнительным индикатором деформации 10, все время увеличиваются, при этом плавность их изменения соответствует динамике работы частей нижнего опорного элемента 2, которая должна быть по возможности плавной. При этом, когда в ходе нагружения рамной крепи 19 нагрузка, прилагаемая к ней устройством, сравняется и превысит нагрузку на рамную крепь 19 со стороны массива, рама крепи 19 подается вверх, что фиксируется как резкий всплеск: средство измерения деформаций 4 упругого элемента 3 зафиксирует резкое падение нагрузки, а дополнительный индикатор деформации 10 отметит резкое приращение длины нижней части нижнего опорного элемента 2. Максимальный показатель, зафиксированный средством измерения деформаций 4 упругого элемента 3, и принимают за величину нагрузки на раму крепи 19.
Далее такие же отсчеты снимают по всей длине выработки, после чего, выяснив дату установки соответствующих рам крепи, например по данным маркшейдерской службы или непосредственно проходческого подразделения, получают данные, характеризующие динамику развития процесса нагружения крепи (разумеется, в расчет принимаются данные по участкам, характеризующимся сходными горно-геологическими и горнотехническими условиями).