ТЮБИНГОВОЕ КОЛЬЦО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
TUBING RING FOR ATTACHMENT OF VERTICAL SHAFTS OF MINE WORKINGS

Изобретение относится к устройствам для крепления подземных горных выработок, а именно к конструкциям металлических тюбинговых колец, устанавливаемых в вертикальных стволах горных шахт и рудников, и может быть использовано при возведении металлической тюбинговой крепи с повышенной гидроизоляцией ее швов в различных горных выработках.
Известна тюбинговая крепь шахтных стволов, включающая тюбинги, уложенные в тюбинговую колонну, при этом к бортам тюбингов прикреплены прокладки для гидроизоляции крепи (патент ФРГ №1253746, кл. 19F 5/04, 1967). Однако эта крепь имеет сложную конструкцию гидроизоляционных швов, включающую кроме сплошных прокладок, приклеиваемых к бортам тюбинга, еще водонепроницаемый шнур, ввариваемый в специальные пазы в тюбингах.
Известен металлический тюбинг, выполненный в виде корытообразной фасонной отливки прямоугольного очертания в плане с гладкой снаружи спинкой, включающий внутренние круговые и радиальные оконтуривающие фланцы, в которых предусмотрены отверстия под болты и ребра жесткости (Справочник инженера-шахтостроителя, т.2, М.: Недра, 1972, с.171-174).
Недостатками данного тюбинга являются неравнопрочность конструкции, возможность разрушения спинки при проведении контрольного тампонажа, отсутствие сцепления с бетоном, неравномерное использование прочностных свойств материалов в сечении.
Наиболее близким к предлагаемому тюбинговому кольцу является известное техническое решение по а.с. СССР №796432, кл. Е21D 5/10, опубл. в бюл. №2, 1981. Это изобретение представляет собой металлический тюбинг для крепления горных выработок, выполненный в виде цилиндрического сегмента, включающего оконтуривающие внутренние радиальные и круговые фланцы с отверстиями под болты, внутренние круговые ребра жесткости, образующие внутренние кессоны, а также наружные круговые и вертикальные ребра, расположенные относительно друг друга в шахматном порядке для увеличения жесткости каждого отдельного кессона тюбинга.
Несмотря на положительные качества известного металлического тюбинга ему присущи и недостатки, заключающиеся в высокой трудоемкости изготовления тюбингов, а также в сложном и трудоемком процессе монтажа тюбинговых колец при создании крепи вертикального шахтного ствола.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача по созданию быстрой и надежной собираемости крепи вертикального шахтного ствола из тюбинговых сегментов с обеспечением высоких прочностных характеристик тюбингового кольца в условиях действия больших горных давлений различных геологических грунтов.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом тюбинговом кольце для крепления вертикальных стволов горных выработок, состоящем из ряда металлических тюбингов, выполненных в виде цилиндрических сегментов, соединенных между собой через уплотнительные вертикальные прокладки и отверстия по вертикальным бортам болтовыми соединениями с гидроизоляционными и прижимными шайбами, при этом на наружной поверхности спинки каждого сегмента выполнены наружные круговые вертикальные усилительные ребра, а на внутренней поверхности - внутренние круговые ребра жесткости, образующие внутренние кессоны, в верхнем кессоне каждого тюбинга по центральной продольной оси выполнено тампонажное отверстие с усилением под резьбовую пробку-заглушку, а в нижнем ребре указанного кессона выполнены две пары такелажных отверстий, равноудаленных от вертикальной оси симметрии тюбинга, в нижнем горизонтальном борту которого в треугольном приливе выполнено соосно с тампонажным наклонное заливочное отверстие, при этом в тампонажном и заливочном отверстиях установлены в рабочем положении резьбовые пробки-заглушки.
Кроме того, на спинке тюбинга могут быть выполнены наружные круговые и вертикальные ребра с образованием неравновеликих замкнутых прямоугольных контуров или неравновеликих замкнутых контуров в центральных областях поверхности сегмента и незамкнутых неравновеликих прямоугольных контуров по периметру этой поверхности. При этом отношение толщины ребра к толщине спинки сегмента составляет от 1 до 3, отношение высоты ребра на наружной поверхности к высоте ребра на внутренней поверхности сегмента составляет от 0,3 до 0,7, а диаметр тампонажного отверстия равен 0,5:0,6 диаметра заливочного отверстия. Также на внутренней стороне сегмента могут быть выполнены примыкающие к горизонтальным бортам местные вертикальные ребра с горизонтальными такелажными отверстиями, а на внутренних ребрах сегмента выполнены вертикальные такелажные отверстия, причем по внутреннему краю плоских вертикальных бортов выполнены фигурные канавки, при этом борта смежных сегментов контактируют между собой по вертикальным бортам через соответствующие смежные плоские части бортов и фигурную уплотнительную прокладку, расположенную в указанных смежных канавках.
Дополнительно в тюбингах на отверстиях вертикальных и горизонтальных бортов сегмента с внутренней стороны выполнены конические углубления под гидроизоляционные шайбы и цилиндрические цековочные площадки под прижимные шайбы, а оси отверстий каждого вертикального борта сегмента расположены в вертикальной плоскости, перпендикулярной поверхности борта с неравновеликими интервалами, или в двух параллельных вертикальных плоскостях, перпендикулярных поверхности борта с неравновеликими интервалами.
Предлагаемое тюбинговое кольцо иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - общий вид тюбингового кольца (с неравновеликими замкнутыми ребрами) в сборе;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1 (с плоской уплотнительной прокладкой между смежными сегментами);
на фиг.4 - вид В на фиг.2 (внутренняя поверхность сегмента);
на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.4 (торец тюбинга с внутренней стороны с размещением отверстий по одной оси);
на фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.4;
на фиг.7 - вид Е на фиг.5 (поверхность спинки с замкнутыми неравновеликими контурами);
на фиг.8 - разрез Ж-Ж на фиг.4;
на фиг.9 - разрез З-З на фиг.4;
на фиг.10 - выносной элемент И на фиг.5;
на фиг.11 - выносной элемент К на фиг.6;
на фиг.12 - общий вид тюбингового кольца (с неравновеликими незамкнутыми ребрами);
на фиг.13 - вид Л на фиг.12;
на фиг.14 - сечение М-М на фиг.12 (с фигурной уплотнительной прокладкой между смежными сегментами);
на фиг.15 - вид Н на фиг.13;
на фиг.16 - сечение П-П на фиг.15 (торец тюбинга с внутренней стороны с размещением отверстий по двум параллельным осям);
на фиг.17 - сечение Р-Р на фиг.15;
на фиг.18 - сечение С-С на фиг.15;
на фиг.19 - вид Т на фиг.16 (поверхность спинки с незамкнутыми неравновеликими контурами).
Заявленное тюбинговое кольцо 1 состоит из ряда металлических тюбингов 2, выполненных в виде цилиндрических сегментов, соединенных между собой через уплотнительные вертикальные прокладки 3 и отверстия 4 по вертикальным бортам болтовыми соединениями 5 с гидроизоляционными 6 и прижимными 7 шайбами (фиг.3). На наружной поверхности спинки 8 каждого сегмента выполнены наружные круговые 9 и вертикальные 10 усилительные ребра, а на внутренней поверхности спинки - внутренние круговые ребра жесткости 11, образующие внутренние кессоны 12.
В верхнем кессоне 12 каждого тюбинга 2 по центральной продольной оси выполнено тампонажное отверстие 13 с усилением 14 под резьбовую пробку-заглушку 15, а в нижнем ребре указанного кессона выполнены две пары такелажных отверстий 16, равноудаленных от вертикальной оси симметрии тюбинга (фиг.4).
В нижнем горизонтальном борту 17 тюбинга 2 в треугольном приливе 18 выполнено соосно с тампонажным 13 наклонное заливочное отверстие 19, при этом в рабочем положении тампонажное и заливочное отверстия закрыты резьбовыми пробками-заглушками 15.
Кроме того, на спинке 8 тюбинга 2 могут быть выполнены наружные круговые 9 и вертикальные 10 ребра с образованием неравновеликих замкнутых прямоугольных контуров 20 (фиг.7) или неравновеликих замкнутых контуров в центральных областях поверхности сегмента и незамкнутых неравновеликих прямоугольных контуров 21 по периметру этой поверхности (фиг.19). При этом отношение толщины а ребра 11 к толщине в спинки 8 сегмента равно 1:3 (фиг.5), отношение высоты с ребер 9, 10 на наружной поверхности к высоте d ребра 11 на внутренней поверхности сегмента составляет от 0,3 до 0,7 (фиг.16), а диаметр f тампонажного отверстия 13 равен 0,5:0,6 диаметра g заливочного отверстия 19 (фиг.8 и 9). Также на внутренней стороне сегмента могут быть выполнены примыкающие к горизонтальным бортам местные вертикальные ребра 22 с горизонтальными такелажными отверстиями 23 (фиг.18), а на внутренних ребрах сегмента выполнены вертикальные такелажные отверстия 16, причем по внутреннему краю плоских вертикальных бортов выполнены фигурные канавки 24 (фиг.16). В тюбинговом кольце борта смежных сегментов контактируют между собой по вертикальным бортам через соответствующие смежные плоские части бортов и фигурную уплотнительную прокладку 25, расположенную в указанных смежных канавках (фиг.14).
Дополнительно в отверстиях вертикальных и горизонтальных бортов сегмента с внутренней стороны выполнены конические углубления 26 под гидроизоляционные шайбы 6 и цилиндрические цековочные площадки 27 под прижимные шайбы 7 (фиг.10 и 11). При этом оси отверстий каждого вертикального борта сегмента расположены в вертикальной плоскости, перпендикулярной поверхности борта с неравновеликими интервалами 1 и n, или в двух параллельных вертикальных плоскостях 28, перпендикулярных поверхности борта с указанными неравновеликими интервалами (фиг.5 и 16).
Разработанная конструкция предлагаемого тюбингового кольца для крепления вертикальных стволов горных шахт и рудников позволит обеспечить высококачественную сборку шахтной крепи, а также высокую надежность, технологичность и быструю сборку крепи в разных геологических грунтах.