ИНДИКАТОР НАГРУЗКИ НА КРЕПЬ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована в качестве индикатора нагрузки на крепь подземных горных выработок.
Предложен индикатор нагрузки на крепь подземных горных выработок (далее ИН), содержащий опорные элементы (далее ОЭ) и, по меньшей мере, один измерительный узел (далее ИУ) с возможностью изменения его высоты (H) и/или радиуса (R). Индикатор нагрузки может оснащаться цветовой индикацией нагрузки и/или другими средствами визуализации, в том числе из светоотражающей пленки разных цветов. ИН также может содержать промежуточный опорный элемент (элементы) (далее ПОЭ) и/или осевое отверстие для монтажа, в том числе, на анкерную крепь.
Использование индикатора нагрузки на крепь подземных горных выработок позволит обеспечить измерение, контроль, визуализацию данных об изменении нагрузок на крепь на различных участках подземных горных выработок. Применение ИН позволит измерять нагрузки на крепь с необходимой точностью путем изменения количества, высоты и/или радиуса измерительных узлов, а также осуществлять контроль нагрузок на крепь различных типов (подпорная, анкерная и др.).
Известно [1] устройство для измерения нагрузки на рамную крепь горных выработок, которое выполнено в виде динамометрического узла, содержащего верхний и нижний опорные элементы, выполненные с возможностью взаимодействия с упругим элементом, и средство измерения деформаций упругого элемента, при этом нижний опорный элемент содержит вертикально ориентированный стержень, состоящий из двух частей, обращенные друг к другу, свободные концы выполнены с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, причем обращенные друг к другу части вертикально ориентированного стержня соединены между собой с помощью муфты, внутренняя полость которой снабжена резьбой, при этом корпус муфты снабжен сквозным горизонтальным отверстием, выполненным с возможностью размещения в нем рукояти, кроме того корпус муфты снабжен гнездом для фиксации корпуса дополнительного индикатора деформации часового типа, а нижняя часть вертикально ориентированного стержня снабжена упором, выполненным с возможностью контакта с подвижным элементом дополнительного индикатора деформации часового типа, расположенным за пределами снабженного резьбой участка нижней части вертикально ориентированного стержня.
К недостаткам можно отнести сложное исполнение устройства, в связи, с чем увеличивается вероятность выхода его из строя, отсутствие возможности применения устройства для оценки нагрузки на крепь подземных выработок поддерживаемых, различными типами крепи кроме рамной (подпорной). При установке данного устройства уменьшаются зазоры для установки оборудования и ширина проходов для людей.
Известен [2] тензометрический датчик, состоящий из корпуса с центральным отверстием и фланцами на торцах, с внешней стороны которого размещены активные и компенсационные тензорезисторы, соединенные между собой по мостовой схеме, плечи которой имеют равные электрические сопротивления.
К основным недостаткам данного устройства также можно отнести сложное исполнение, необходимость электрического источника питания для функционирования, что в подземных условиях не всегда возможно.
Наиболее близким аналогом по технической устойчивости является датчик тензометрический [3], включающий корпус в виде втулки с центральным отверстием, на внешней поверхности которой и на пластине размещены тензорезисторы, соединенные между собой по мостовой схеме, защитный кожух, дополнительно снабжен автономным источником питания, набором светодиодов, включенными в состав электронной схемы, которая подсоединяет к сети тот или иной светодиод из набора в зависимости от сопротивления моста соответствующего воспринимаемой нагрузке.
Основные недостатки данных датчиков состоят в их недолговечности в связи с наличием в их корпусе электронных схем и других элементов, подверженных окислительным процессам, необходимость электрического источника питания, а также их низкая информативность из-за наличия только двухзонной пороговой световой индикации нагрузки.
Целью предлагаемого технического решения является создание устройства с простой конструкцией, высокой точностью, упрощенным процессом монтажа, индикацией нагрузок, высокой степенью долговечности и надежности измерения и контроля нагрузки на крепь различных конструкций на различных участках подземных горных выработок.
Для достижения указанной цели ИН оснащен опорными элементами, между которыми расположен, по меньшей мере, один измерительный узел с возможностью изменения его высоты и/или радиуса с помощью которого осуществляется контроль нагрузки на крепь.
Сущность предложения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - представлен пример сечения индикатора нагрузки на крепь ИН с осевым отверстием.
На фиг. 2 - представлен пример сечения индикатора нагрузки на крепь ИН без осевого отверстия.
Условные обозначения:
R - радиус индикатора нагрузки на крепь;
H - высота индикатора нагрузки на крепь;
1
2
n
R, R…R - радиус измерительного узла;
1
2
n
Н, H…H - высота измерительного узла;
1 - Опорные элементы (ОЭ);
2 - Измерительные узлы (ИУ);
3 - Промежуточные опорные элементы (ПОЭ);
4 - Осевое отверстие.
На фиг. 3 - представлен пример установки индикатора нагрузки на анкерную крепь и принципиальная схема индикации незначительной нагрузки (≈10% от несущей способности анкера).
На фиг. 4 - представлен пример установки индикатора нагрузки на анкерную крепь и принципиальная схема индикации нагрузки небольшой интенсивности (≈30% от несущей способности анкера).
На фиг. 5 - представлен пример установки индикатора нагрузки на анкерную крепь и принципиальная схема индикации нагрузки средней интенсивности (≈60% от несущей способности анкера).
На фиг. 6 - представлен пример установки индикатора нагрузки на анкерную крепь и принципиальная схема индикации интенсивной нагрузки (≈80% от несущей способности анкера).
На фиг. 7 - представлен пример применения ИН для выработки, поддерживаемой анкерной крепью.
На фиг. 8 - представлен пример применения ИН для выработки, поддерживаемой подпорной крепью.
Отличием является то, что для функционирования ИН не требуется источников питания, имеется возможность измерять нагрузки на крепь с необходимой точностью путем изменения количества, высоты и/или радиуса измерительных узлов, возможность применения ИН для измерения нагрузки на крепь различных типов (подпорная, анкерная и др.).
Таким образом, введенные признаки позволяют одновременно осуществлять постоянный контроль и измерение нагрузки на крепь горных выработок различных типов с необходимой (задаваемой) точностью на различных участках без подключения ИН к электрической сети.
Измерительные узлы изготавливаются в необходимом количестве (N) с высотой (Н) и/или радиусом (R) соответствующими порогу нагрузки, при котором происходит их срабатывание. При достижении определенной нагрузки на крепь, равной порогу воспринимаемой нагрузки измерительного узла, происходит его смятие (деформация). По количеству деформированных измерительных узлов производится оценка воспринятой крепью нагрузки.
Таким образом, при помощи данного предложения удастся осуществлять контроль нагрузки на крепь подземных горных выработок при помощи индикатора нагрузки, который способен функционировать без дополнительных источников питания, позволяет контролировать различные участки горных выработок закрепленных крепью различного типа, что приведет к увеличению степени безопасности ведения горных работ. С целью увеличения информативности и визуализации данных о нагрузках измерительные узлы могут быть оснащены цветовой индикацией или другими средствами индикации, в том числе из светоотражающей пленки разных цветов. Также ИН могут использоваться в качестве демпфирующих податливых элементов при их использовании в сочетании с анкерной крепью.
Анализ источников информации позволяет сделать вывод о том, что данное предложение удовлетворяет признаком новизны и полезности.
Пример использования заявляемого устройства. Индикаторы нагрузки на крепь могут располагаться на крепи подземных горных выработок различных форм, назначения, поддерживаемых крепью разнообразных конструкций (анкерной, подпорной и др.). ИН монтируется на крепь в период проведения, крепления и/или эксплуатации горной выработки и располагается при установке таким образом, чтобы в результате проявления горного давления нагрузка была равно распределена по опорному элементу (ОЭ). В случае необходимости оценки нагрузки на анкерную крепь используются ИН с осевым отверстием, при помощи которого ИН монтируется на анкер между опорной плитой анкера (швеллером и др.) и концевым упором анкера (гайкой, опорным кольцом и др.). В период возникновения нагрузки на крепь горных выработок, она перераспределяется на измерительные узлы (ИУ) и расположенные между ними промежуточные опорные элементы (ПОЭ) (в случае наличия более одного измерительного узла). Нагрузка деформирует соответствующий ИУ в зависимости от ее интенсивности. От приложения нагрузки к ИН деформируются ИУ с наименьшими прочностными характеристиками. Прочностные характеристики ИУ изменяются в зависимости от радиуса их и высоты. Текущий контроль нагрузки на крепь осуществляется персоналом, занятым на выполнении работ на участке установки ИН, путем снятия показаний со средства визуализации информации. ИН с повышенной точностью измерения нагрузки могут располагаться, например, на сопряжениях горных выработок, на участках выработок со сложными горно-геологическими условиями.
Применение УКН увеличивает степень безопасности ведения горных работ за счет повышения эффективности непрерывного контроля нагрузки на крепь различных типов и участков подземных горных выработок.
Источники информации:
1. Патент РФ №129231.
2. Патент РФ №2169901.
3. Патент РФ №2488771.