Железобетонный тюбинг для крепления горизонтальных горных выработок круглого сечения
REINFORCED CONCRETE TUBING FOR FIXING HORIZONTAL CIRCULAR MINE WORKINGS

Область техники
Заявляемое устройство относится к горному делу, а именно к сооружению горизонтальных горных выработок круглого сечения в условиях высокого горного давления.
Уровень техники
Известно устройство железобетонный тюбинг (коммерческое предложение «https://helpiks.org/3-43089.html»), состоящее из тонкостенной оболочки с арматурной сеткой и фланцевых ребер жесткости с арматурным каркасом, включающим: линейную продольную стержневую рабочую, нелинейную стержневую рабочую арматуру и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования.
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая несущая способность железобетонного тюбинга.
Известно наиболее близкое устройство железобетонный тюбинг для крепления шахтных стволов круглого сечения (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 106179,  класс 5с, 8. Заявлено 10.02.1955), состоящей из тонкостенной оболочки с арматурной сеткой и фланцевых ребер жесткости с арматурным каркасом, включающим: линейную продольную стержневую рабочую, нелинейную стержневую рабочую арматуру и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования.
Недостатком наиболее близкого устройства является недостаточно высокая несущая способность железобетонного тюбинга.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом является повышение несущей способности железобетонного тюбинга с опорной поверхностью сегмента окружности цилиндра в условиях горизонтальных горных выработок круглого сечения.
Настоящий технический результат достигается в устройстве железобетонный тюбинг для крепления горизонтальных горных выработок круглого сечения, состоящем в виде нелинейного сегмента из бетонного тела с тонкостенной оболочкой с арматурной сеткой и фланцевыми ребрами жесткости с арматурным каркасом, включающим: линейную продольную стержневую рабочую, нелинейную стержневую рабочую по дуге нелинейного участка в виде сегмента окружности арматуру и армируемые поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, причем линейная продольная стержневая рабочая, нелинейная стержневая рабочая, по дуге нелинейного участка в виде сегмента окружности, стальная арматура и армируемые поперечные скобы исполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, с возможностью совмещения длинной оси эллипса арматуры с максимальными нагрузками на железобетонный тюбинг, для линейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к фланцевым ребрам жесткости по радиусу окружности сегмента цилиндра тюбинга, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен перпендикулярно плоскостям фланцевых ребер жесткости, для нелинейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с радиусом сегмента цилиндра тюбинга.
Отличительными признаками являются
линейная продольная стержневая рабочая, нелинейная стержневая рабочая, по дуге нелинейного участка в виде сегмента окружности, стальная арматура и армируемые поперечные скобы исполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, с возможностью совмещения длинной оси эллипса арматуры с максимальными нагрузками на железобетонный тюбинг, это повышает несущую способность железобетонного тюбинга с опорной поверхностью сегмента окружности цилиндра в условиях горизонтальной горной выработки;
для линейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к фланцевым ребрам жесткости по радиусу окружности сегмента цилиндра тюбинга, для армируемых поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен перпендикулярно плоскостям фланцевых ребер жесткости, для нелинейной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с радиусом сегмента цилиндра тюбинга, такое ориентирование  максимального момента сопротивления увеличивает жёсткость каркаса и железобетонного тюбинга в целом при креплении горизонтальной горной выработки.
Несущую способность железобетонного тюбинга устанавливают до оптимального соотношения величин осей эллипса большей к меньшей в пространственном позиционировании стальной арматуры в силовых нагрузках горного давления.
Момент сопротивления по оси максимальной нагрузки, эллипса с соотношением большей оси к меньшей 1,7 и с площадью равной площади поперечного сечения круга диаметром 10 мм, увеличился в 1,279 раза, т.е. на +27,9%, см. табл. Момент сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшился до 0,75 раза или -25%. Суммарный момент сопротивления по обеим осям увеличится в 1,016 раза, т.е. на +1,6%.
Сравнение заявляемого решения с аналогом и прототипом не выявило в них признаки, заявляемого решения, это позволило сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Краткое описание таблицы и рисунков
В табл. представлена взаимосвязь соотношения величин осей эллипса и круга с моментами сопротивления по разным осям эллипса и круга с одинаковой площадью по данным [3].
Таблица
Наименование показателя
Круг, диаметр 10 мм
Эллипс
1. Длина осей, мм
10×10
13,04×7,6687
2. Соотношение величин осей
i=1,0
i=1,7004
3. Площадь поперечного сечения, см<sup>2</sup>
0,785
0,785
4. Момент сопротивления по max оси, см<sup>3</sup>
0,1
0,127955
5. Момент сопротивления по min оси, см<sup>3</sup>
0,1
0,075249
6. Суммарный момент сопротивления, см<sup>3</sup>
0,2
0,203204
На фиг. 1 приведен диметрический вид тюбинга, включающий:
1 - упорную поверхность фланцевого ребра жесткости тюбинга с зажимным выступом;
2 - бетонное тело тюбинга;
3 - отверстие под крепёж с соседним тюбингом;
4 - линейный арматурный пруток в каркасе фланцевого ребра жесткости тюбинга;
5 -  арматурный пруток в каркасе фланцевого ребра жесткости тюбинга по контуру окружности;
6 - арматурную сетку;
7 - упорная поверхность фланцевого ребра жесткости тюбинга с зажимной впадиной;
8 - несущую поверхность тюбинга в виде сегмента цилиндра;
9 - угол между осью Z и большой осью эллипса арматурного прутка в каркасе фланцевого ребра по контуру окружности;
10 - арматурную скобу, связывающую ряды каркаса;
11 - фланцевое ребро жесткости тюбинга.
На фиг. 2 показан Вид А с фиг.1, включающий: 1 – упорную поверхность фланцевого ребра жесткости тюбинга с зажимным выступом;
На фиг. 3 показан Вид Б с фиг.1, включающий: 7 – упорную поверхность фланцевого ребра жесткости тюбинга с зажимной впадиной;
На фиг. 4 показан разрез А-А с фиг.1 линейного арматурного прутка в каркасе фланцевого ребра жесткости тюбинга, включающий: 4 - линейный арматурный пруток в каркасе фланцевого ребра жесткости тюбинга.
На фиг. 5 показан разрез Б-Б с фиг.1 арматурного прутка в каркасе фланцевого ребра жесткости тюбинга по контуру окружности, включающий: 5- арматурный пруток в каркасе фланцевого ребра жесткости тюбинга по контуру окружности.
На фиг. 6 показан разрез В-В с фиг.1 арматурной скобы, связывающей ряды каркаса, включающей: 10 - арматурную скобу, связывающую ряды каркаса.
Осуществление изобретения
о
Изготовление элементов крепи горизонтальных горных выработок круглого сечения в виде железобетонных тюбингов с опорной поверхностью сегмента окружности цилиндра включает подготовку формовочных ящиков, обеспечивающих симметричную половину по длине круглого сечения выработки. Вторую половину железобетонных тюбингов изготавливают в этих же формовочных ящиках, только меняют дно и верх местами. Монтаж арматуры в каркас для каждого формовочного ящика выполняют в индивидуальных монтажных шаблонах. Подготовку скоб 10 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90 вокруг длинной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом в горне кузнецы или газовой горелкой, с расположением длинной оси эллипса в плоскости скобы 10. Подготовку нелинейного участка арматурного прутка 5 для несущей круглой поверхности тюбинга 8 выполняют прокаткой на вальцах. Монтаж линейных отрезков арматурного каркаса, предварительно выполняют в специализированном шаблоне, позволяющем ровно совместить длинную ось эллипса арматуры с максимальными нагрузками на железобетонный тюбинг, такой монтаж арматурного каркаса повышает несущую способность крепи. Для линейной арматуры 4 максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен с перпендикуляром к фланцевым ребрам жесткости 11 по радиусу сегмента окружности цилиндра тюбинга, для армируемых поперечных скоб 10 максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса установлен перпендикулярно плоскостям фланцевых ребер жесткости 11, для нелинейной арматуры 5 максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещен в радиальном направлении сегмента окружности цилиндра тюбинга 8. На подготовленный арматурный каркас фиксируют арматурную сетку 6, предварительно подготовив нелинейную поверхность по сегменту на вальцах. В формовочных ящиках стенки фланцевых ребер жесткости 11 в местах упорной поверхности с зажимным выступом 1 и упорной поверхности тюбинга с зажимной впадиной 7 выполняют с трапецеидальными формами.  В формовочных ящиках в стенках фланцевых ребер жесткости 11 устанавливают стержни для исполнения отверстий 3 под крепёж с соседним тюбингом. Железобетонные тюбинги исполняют, применяя вибрационное уплотнение бетонного тела 2.
Таким образом, повышения несущей способности железобетонного тюбинга с опорной поверхностью сегмента окружности цилиндра достигают изменением геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом увеличивая момент сопротивления в заданном направлении горного давления горизонтальной выработки.
Источники информации
1. Коммерческое предложение «https://helpiks.org/3-43089.html», считывание 04.10.2021 в 11-26;
2. Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 106179, класс 5с, 8. Заявлено 10.02.1955;
3. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; отв. ред. Писаренко Г.С. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Наук. думка, 1988. – 736 с. (58, 74 с.).