Армирующая сетка анкерной крепи

Область техники
Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при креплении поверхности выработок анкерами с использованием подхватов выполненных в виде армирующей сетки.
Предшествующий уровень
Известно устройство для возведения крепи в горных выработках включающее соединенные между собой продольные и поперечные стержни с образованием металлической решетки, причем продольные стержни выполнены с выступающими концами и возможностью фиксирования решетки на фланцах смежных спецпрофилей. При этом крайние и средние продольные и поперечные стержни являются несущими, а остальные стержни, расположенные между несущими не нагружаются (см. ПИ РФ №2109953, E21D 11/15).
Недостатки известного устройства для возведения крепи заключаются: в трудоемкости операции соединения его со спецпрофилем, неэффективном распределении нагрузки со стороны пород выработки между элементами конструкции.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является сетка для самозакрепляющейся анкерной крепи, включающая переплетенные и соединенные между собой сваркой четыре продольных и восемь поперечных стержней с образованием металлической решетки (см. ПМ РФ №152727, E21D 11/15). При этом переплетение стержней выполнено образом предполагающим расположение смежных точек контакта стержней с противоположной стороны, и расположенных на разной высоте от 30 до 50 мм, а концы стержней имеют консольные выпуски.
Особенностью известного решения является сложность изготовления, обусловленная необходимостью деформировать стержни на высоту (30-50 мм) соизмеримую с длинной изгибаемого участка (от 120 до 220 мм). В силу того, что используются стержни из арматуры диаметром 12 мм и прочностью не менее 500 МПа усилие необходимое для деформации является значительным. Как следствие требуется специальное оборудование включающее фиксацию деформируемого стержня. Отношение стрелы прогиба к длине изгибаемого участка составляет 0,23. При такой деформации в стержне создаются и сохраняются остаточные напряжения, снижающие прочностные характеристики готовой сетки. Кроме того, консольные выпуски имеют значительную величину, что ведет к созданию больших изгибных напряжений.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении изготовления и повышение прочности армирующей сетки за счет снижения напряжений в стержнях.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача решается тем, что в известной армирующей сетке, для анкерной крепи включающей поперечные и четыре продольных стержня переплетенных между собой и соединенных сваркой, каждый из которых имеет консольные выпуски, центральные продольные стержни расположены в каждом соединении с поперечными стержнями с одной стороны, а крайние продольные стержни с противоположной. Армирующая сетка должна имееть девять поперечных стержней, крайние из которых контактируют с продольными стержнями с противоположной стороны по отношению к двум предшествующим поперечным стержням, а центральные поперечные стержни контактируют с продольными стержнями аналогично крайним. Кроме того, оси центральных продольные стержни (2) - (3) удалены друг от друга на расстояние 6 равное 100-160 мм, предпочтительно 120 мм, оси крайних (1) и (4) на удалении е равном 200-250 мм, предпочтительно 245 мм, от оси ближайшей центральной, оси центральных поперечных стержней (8) - (10) располагаются на удалении друг от друга м равном 155-200 мм, предпочтительно 185 мм, расстояние л, между осями поперечных стержней (8) - (7) и (10) - (11) выполняется равным 200-230 мм, предпочтительно 215 мм, между осями стержней (6) - (7) и (11) - (12) расстояние к выполнено, равны 100-160 мм предпочтительно 120 мм, оси крайних поперечных стержней (5) и (13) удалены от соответственно осей стержней (6) и (12) на расстояние д равное 220-250 мм, предпочтительно 245 мм, выпуски выполняются длиной а равной 120-160 мм, предпочтительно 155 мм. Соединение стержней сваркой может быть реализовано по двум вариантам: во всех точках контакта продольных и поперечных стержней или только в точках контакта выпусков.
Краткое описание фигур
Полезная модель поясняется рисунками, где: на фиг. 1 изображен общий вид армирующей сетки для анкерной крепи; на фиг. 2 изображено повернутое сечение А-А, на фиг. 3 изображено повернутое сечение В-В, на фиг. 4 изображено повернутое сечение Д-Д, на фиг. 5 изображено повернутое сечение С-С, на фиг. 6 изображено сечение Е-Е, на фиг. 7 сечение Ж-Ж, на фиг. 8 сечение 3-3.
Вариант осуществления полезной модели
Армирующая сетка для анкерной крепи выполнена из четырех продольных 1-4 и девяти поперечных стержней 5-13 (фиг. 1). Центральные продольные стержни 2 и 3 располагаются с одной и той же стороны относительно поперечных стержней 5-13 (фиг. 3-5). Крайние продольные стержни 1 и 4 так же расположены по одну сторону относительно поперечных стержней 5-13, но со стороны противоположной по отношению к продольным стержням 2 и 3 (фиг. 6-8).
Точки контакта крайних поперечных стержней 5, 13 (фиг. 1-6) с продольными стержнями 1-4 расположены с противоположной стороны по отношению к аналогичным точкам контакта двух предшествующих стержней соответственно: 6, 7 и 11, 12. Контакт центральных поперечных стержней 8-10 с продольными стержнями 1-4 выполнен аналогично тому, как контактируют с ними стержни 5, 13 (фиг. 6, 8).
Все стержни 1-13 имеют консольные выпуски 14.
Центральные продольные стержни 2, 3 располагаются на удалении между осями б равном 100-160 мм, предпочтительно 120 мм, крайние 1 и 4 на удалении е равном 200-250 мм, предпочтительно 245 мм, от ближайшей центральной.
Центральные поперечные стержни 8-10 располагаются на удалении друг от друга на настояние между осями м равном 155-200 мм, предпочтительно 185 мм. Между осями поперечных стержней 8-7 и 10-11 расстояние л выполняется равным 200-230 мм, предпочтительно 215 мм. Между осями стержней 6-7 и 11-12 расстояние к выполнено, равным 100-160 мм предпочтительно 120 мм. Оси крайних поперечных стержней 5 и 13 удалены от соответственно осей стержней 6 и 11 на расстояние 200-250 мм, предпочтительно 245 мм.
Все стержни имеют выпуски выполняемые длиной а равной 120-160 мм, предпочтительно 155 мм.
Соблюдение размеров между осями стержней обеспечивает внешние размеры армирующей сетки для анкерной крепи: вдоль продольных стержней составляет 1700-2000 мм, предпочтительно 1840 мм, вдоль поперечных 850-1000 мм, предпочтительно 920 мм.
Заявленные размеры между осями стержней 1-13 обеспечивают увеличение габаритных размеров армирующей сетки.
Сварка 15, в точках переплетения продольных 1-4 и поперечных 5-13 стержней, выполняется: при реализации п. 4 во всех точках контакта, при реализации п. 5 только в точках контакта выпусков 14.
Функционирование полезной модели
Два анкера, с любым способом закрепления в шпуре, устанавливаются в ячейки армирующей сетки образованные стержнями 2, 3, 6, 7 - первый и 2, 3, 11, 12 - второй. Анкера взаимодействуют с армирующей сеткой через опорные шайбы имеющие круглую или квадратную форму с внешним размером 200 мм.
Расположение центральных продольные стержни 2 и 3 с одной стороны, а крайние продольных стержней 1 и 4 с противоположной (фиг. 6, 7), относительно поперечных стержней 5-13 позволяет последние использовать при сборке без деформации. Как следствие упрощается процедура сборки армирующей сетки. В поперечных стержнях 5-13 не создаются напряжения вызванные изгибом, что исключает создание остаточных напряжений. Сохраняются прочностные свойства присущие недеформированным стержням.
Выбор поперечных стержней в количестве девяти единиц обусловлен возможностью закрепления армирующей сетки двумя анкерами. При этом размер к между поперечными стержнями 11-12, 6-7 и продольными стержнями б, равный 100-160 мм предпочтительно 120 мм обеспечивает поджим армирующей сетки опорными шайбами размер которых, как правило, выполняется равным 200 мм. При таком выборе размеров к и б опорная шайба гарантированно взаимодействует одновременно с четырьмя стержнями. Первая со стержнями 2, 3, 6, 7 и вторая с 2, 3, 11, 12. Это обеспечивает надежный поджим сетки к укрепляемой поверхности опорной шайбой.
Кроме того, имеет место рациональный шаг штангования (в пределах одного метра), а максимальный размер ячеек образованных стержнями 1-13 не превышает предельный размер вывала трех структурных блоков (250 мм).
Между осями продольных стержней 1-2 и 3-4 выполняется расстояние е равное 200-250 мм, предпочтительно 245 мм. Величина е выбрана исходя из обеспечения условия отсутствия вывала структурных блоков укрепляемой породы.
При сборке армирующей сетки осуществляется только изгиб продольных стержней 1-4. При этом изгиб осуществляется в точках соединения с поперечными стержнями: 6 - на вылете д, 7 - на вылете л, 8 - на вылете 2*м, 10 - на вылете л, стержне 12 - на вылете д. Стрела прогиба при этом равна толщине стержня, т.е. 12 мм. Соответственно при выборе размеров м равном 155-200 мм, предпочтительно 185 мм, л равном 200-230 мм, предпочтительно 215 мм, д равном 220-250 мм, предпочтительно 245 мм возникающие напряжения минимальны, т.к. отношение стрелы прогиба к длине изгибаемого участка кратно меньше чем в прототипе и составляет 0,07.
Исключение необходимости деформирования поперечных стержней, при сборке армирующей сетки, упрощает технологию сборки и затраты на ее реализацию.
Максимальная величина расстояния между осями поперечных стержней 5-13: д, к, л, м и продольными - е, меньше 250 мм, что обеспечивает исключение вывала трех структурных блоков в укрепляемой поверхности горной выработки.
Минимальная величина между осями стержней 5-13 расстояний определена из условия снижения металлоемкости армирующей сетки, при увеличении общей длины армирующей сетки.
Длина выпусков а, принята из условия минимизации изгибных напряжений возникающих при нагружении консоли горным давлением. По экспериментальным данным для диаметра 12 мм и стали А 500 она составляет, в зависимости от прочности горных пород, 120-160 мм, предпочтительно 155 мм.
По сравнению с прототипом за счет уменьшения длины консольных выпусков изгибные напряжения уменьшаются в 1,34 раза. При этом внешние габариты армирующей сетки увеличиваются по длине на 100 мм.
При использовании опорной шайбы стандартных размеров, с внешним габаритом 200 мм, целесообразно выполнять армирующую сетку со сваркой 15 только в точках контакта выпусков 14. Это обусловлено тем, что фиксация относительного положения продольных 2, 3 и поперечных стержней 6, 7 и 11, 12 обеспечивается опорной шайбой. Это исключает необходимость сварки в местах пересечения стержней, что способствует упрощению технологии изготовления и снижает затраты на ее реализацию.
При использовании опорных шайб меньшего размера, или при наличии внешних воздействий, например взрывов (установка армирующей сетки в груди забоя) необходимая прочность обеспечивается при реализации сварки 15 во всех точках контакта стержней 1-13.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает:
- упрощение технологии изготовления;
- повышение прочности за счет снижения напряжений в стержнях 1-13.