КРЕПЬ ДЛЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к горному делу, а именно к конструкции крепи, и может быть использована для крепления горизонтальных, вертикальных и наклонных горных выработок круглого сечения, например, в сложных горно-геологических условиях.
Известна металлическая арочная крепь для крепления горных выработок и туннелей (см., например, патент ФРГ №3908970, кл. Е 21 D 11/24, опубликован 23.08.1990 г.). Известная крепь содержит верхняк, выполненный в виде арки, две стойки и элементы для соединения арки со стойками желобчатой формы, снабженные хомутами. После установки крепежных рам и закрепления их в выработке производят затяжку бортов с помощью, например, решетчатых матов или металлической сетки. Работа известной арочной крепи осуществляется за счет того, что по мере роста горного давления происходит смещение арки в ее плоскости относительно стоек в «замках трения».
Недостатками известной арочной крепи являются:
значительное уменьшение сечения выработки во времени за счет использования замков с постоянной силой трения;
неэффективность использования крепи в сложных горно-геологических условиях;
невозможность крепления вертикальных выработок круглого сечения.
Частично указанные недостатки устраняются в конструкции крепи, предназначенной для проходки выработок винтоповоротными агрегатами (а.с. СССР №1639159, кл. Е 21 D 11/14, заявлено 25.01.1989 г.). Известная крепь имеет непрерывную спиральную конструкцию, несущие элементы которой выполнены в виде плоских винтовых кольцевых сегментов. Несущие элементы помещают за контур выработки по всему ее периметру в образуемые агрегатом винтовые разгрузочные щели,
повторяющие форму сечения сегментов. Соединение взаимосопрягаемых винтовых кольцевых сегментов и сквозное соединение нескольких смежных витков спирали крепи между собой выполнены винтами, которые утоплены за контур выработки в продольные разгрузочные щели параллельно ее оси и соединены с кольцевыми сегментами скрепляющей скобой с фигурным пазом и захватом. Крепь имеет затяжку, которая удерживается на сегментах крепи с помощью планки.
Конструкция данной крепи приведена также в книге А.Ф.Эллер, В.Ф.Горбунов, В.В.Аксенов. Винтоповоротные проходческие агрегаты (-Новосибирск: Наука, СО РАН, 1992. - С.188-189, табл.11.3 (3)). Наличие за контуром выработок, проводимых винтоповоротными агрегатами, системы каналов позволяет разгрузить приконтурную зону от нормальных напряжений и снизить нагрузки на крепь. Основным преимуществом таких крепей является то, что при установке их в винтовые каналы крепь должна получать вид замкнутой спирали, что в процессе ее работы способствует перераспределению нагрузки от более нагруженных витков спирали к менее нагруженным.
К недостаткам известной крепи следует отнести:
сложность замены элементов крепи непрерывной спиральной конструкции при деформации их из-за возможности автоматического перераспределения нагрузок и положения крепи при извлечении деформированного звена;
возможность поломки элементов крепи из-за ее жесткости, т.к. крепь имеет ограниченную податливость из-за отсутствия «замков трения» и размещения крепи в пазах массива.
Кроме того, следует отметить, что известная крепь для горных выработок на практике не применяется в связи с тем, что винтоповоротные проходческие агрегаты были изготовлены только в виде экспериментальных образцов и дальнейшие работы над ними были прекращены.
Техническим результатом полезной модели является возможность взаимодействия с массивом каждой секции независимо от соседних
и снижение нагрузок на крепь за счет предварительного обжатия ее.
Предложена крепь для горных выработок круглого сечения, включающая несущие элементы, соединенные между собой в винтовую конструкцию, и затяжки.
Отличием полезной модели является то, что крепь выполнена в виде отдельных секций по длине, близкой одному шагу винтовой линии при угле подъема ее от 2 до 10°.
Другим отличием является то, что соединяемые элементы крепи в секции снабжены соответствующими пазами и выступами с отверстиями под крепежные элементы и жестко соединены между собой.
Отличием является также то, что крепь снабжена съемными металлическими клиньями для обжатия секций при установке.
Выполнение крепи в виде отдельных секций по форме одного шага винтовой линии позволяет использовать крепь в виде пространственной конструкции в горных выработках, пройденных любым способом, в том числе и без винтовых каналов с достижением эффекта известной спиралевидной крепи - малоэлементность, однотипность, сокращение расхода материалов и снижение нагрузки на крепь. Новым эффектом, кроме расширения области применения, является возможность изменения плотности установки секций по длине выработки в зависимости от изменения горно-геологических условий (нарушения, опасные зоны и т.д.) и возможность замены деформированных элементов и целых секций.
Выполнение секций крепи указанной длины и с углом подъема винтовой линии в пределах от 2 до 10° обеспечивает необходимую податливость секции при жестком соединении ее элементов и предохраняет от поломок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема установки секций крепи в горной выработке, на фиг.2 - положение секции крепи в сечении выработки, на фиг.3 - секция крепи
(в разобранном виде), на фиг.4 - клин для предварительного обжатия секции крепи.
Крепь предназначена для крепления горизонтальных, вертикальных и наклонных выработок круглого поперечного сечения диаметром преимущественно до 3,5 м. Крепь состоит из не связанных между собой секций 1, каждая из которых представляет собой один виток винтовой линии, изогнутой и закрученной по линии с углом подъема ее от 2 до 10°. Элементы секции крепи изготовлены из стального стержня круглого поперечного сечения диаметром, равным 0,005-0,05 диаметра выработки. Угол подъема винтовой линии принят от 2 до 10° с учетом того, что при данном угле подъема податливость секции находится в пределах 0,0025-0,05 диаметра выработки, что предохраняет ее от поломок при горном давлении до 0,07 МПа.
При уменьшении угла подъема секция крепи не обладает необходимой податливостью, а при увеличении угла подъема более 10° крепь теряет необходимую жесткость.
Каждая секция крепи содержит три элемента одинаковой длины -верхнее звено 2 и боковые звенья 3, 4. Указанные боковые звенья жестко соединены с верхним звеном, например, с помощью болтов 5, для чего звено 2 имеет пазы 6 с отверстиями 7, а боковые звенья снабжены выступами 8 с отверстиями 9. При сборке секции отверстия 7 и 9 совмещают и в них вставляют болты 5. Жесткое соединение элементов секции крепи не допускает взаимных перемещений и поворотов их относительно друг друга.
Крепь снабжена клиньями 10 для предварительного обжатия собранных секций крепи. Для крепления стенок выработки между секциями крепь имеет деревянные или железобетонные затяжки 11.
Установку секций крепи в выработке 12 производят в следующем порядке.
Каждую секцию крепи собирают непосредственно на месте ее установки, для чего в сечении выработки устанавливают боковые звенья 3, 4 и жестко соединяют с ними с помощью болтов 5 верхнее звено 2.
Секцию устанавливают в выработке соответственно ранее установленным секциям и между секцией и стенками выработки вводят клинья 10. Обжатие каждой секции производят с помощью пяти металлических клиньев: один устанавливают в кровле и по два - в боках и почве выработки. Пространство между стенками выработки и секциями крепится затяжками 11, после чего металлические клинья 10 убирают. Установленный ряд секций образует в выработке сплошную несущую конструкцию, но при этом каждая секция взаимодействует с массивом независимо от соседних.
Преимущества предложенной крепи заключаются в следующем:
предварительно обжатые секции обеспечивают плотный контакт с окружающими породами и устойчивы в направлении продольной оси выработки;
за счет реактивного отпора на окружающий массив уменьшается его расслоение, что приводит к снижению нагрузки на крепь;
крепь можно быстро установить, демонтировать и заменить отдельные элементы или секции в случае необходимости.