МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ РАМНАЯ ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ

Полезная модель рамной металлической податливой крепи относится к горнодобывающей промышленности и может быть использована для крепления горных выработок, сооружаемых в геомассиве. Крепь предназначена для выполнения двух задач: защитить работающих от вывалов кусков породы и угля, а также за счет достаточной несущей способности и податливости не подвергаться недопустимым деформациям или разрушению. Кроме того, крепь должна обеспечить надежное функционирование выработок в течении проектного срока их службы и исключить ситуации, ограничивающие нагрузки на очистные забои.
На шахтах России до 90% выработок поддерживаются стальными трехзвенными податливыми крепями арочной формы. Крепи этой формы из-за ограниченной податливости в сложных горно-геологических условиях не обеспечивают удовлетворительное состояние горных выработок и практически не подлежат совершенствованию. Арочная трехзвенная крепь, взятая за прототип, состоит из трех криволинейных звеньев - верхняка и двух стоек, соединяемых в нахлестку с помощью болтовых замков (Обзорная информация и справочные материалы "Рамные крепи горных выработок" ДонУГИ., Донецк, 1992, с.2-3). Недостатком арочной трехзвенной крепи является то, что конструктивная податливость ее не превышает 500 мм, и, исчерпав указанную величину податливости, крепь разрушается. Поэтому для больших глубин ведения горных работ, в условиях которых конвергенция пород в выработках достигает более 1,0 м., целесообразна разработка крепи податливостью до 1000 мм и более. Можно считать, что основной принцип проектирования податливой крепи и выбор ее параметров должен состоять не в том, чтобы снизить конвергенцию, а в том, чтобы крепь без деформаций и повреждений могла воспринимать ожидаемую конвергенцию при минимальных материальных ресурсах на ее изготовление. Установлено, что при использовании податливых крепей увеличивать их массу можно только в определенных границах, так как излишняя жесткость их
элементов приводит к разрыву замков. Как было определено при натурных наблюдениях, существующие в настоящее время различия в массе профилей и расстояний между податливыми крепями в выработках шахт и рудников не оказывают заметного влияния на конвергенцию. Это относится к выработкам, закрепленным арочной крепью при забутовке закрепного пространства вручную. При нагружении арочной крепи сверху в одной точке и отсутствии забутовки с боков несущая способность ее снижается в 4 и более раз, крепь деформируется, теряет работоспособность при относительно небольших смещениях пород. Этот недостаток и отмеченные выше отсутствуют в разработанной четырехзвенной металлической податливой крепи КП-4П, предназначенной для крепления магистральных и подготовительных выработок, сооружаемых в неразгруженном массиве и массиве разгруженном от влияния горного давления, а также подверженном надработке.
2
2
2
Полезная модель направлена на увеличение податливости крепи и сохранение высоты, требуемой ПБ, за счет того, что металлическая крепь (см. фигуру) содержит две прямолинейные стойки (4) и верхняк, состоящий из двух криволинейных частей (3), имеющих по концам прямолинейные участки, соединяемые между собой и со стойками податливыми узлами связи (2), в качестве которых могут применяться существующие болтовые замки. Рамы крепи соединяются между собой стандартными межрамными стяжками (1). Такое конструктивное выполнение крепи позволяет обеспечить податливость ее до 1000 мм и более. Так конструктивная податливость крепи, имеющей площадь поперечного сечения 14,74 м, до 1000 мм, а податливость крепи площадью поперечного сечения 18,3 м до 1500 мм. Крепи, при указанных величинах податливости, сохраняют одинаковую высоту до 2,5 м. При податливости 1000 мм минимальная площадь поперечного сечения крепи для исполнений КП-4ПООО и КП-4ПООО-01 составляет 10,5 м, для исполнений КП-4ПООО-02 и КП-4ПООО-03 равна 0.9 м. Геометрические параметры исполнений крепи КП-4 и ее масса приведены в таблице.
Таблица.Геометрические параметры крепи КП-4П и ее масса
Обозначения
Площадь сечения крепи,
Размеры, мм
Типоразмер профи ля
Масса, кг
м<sup>2</sup>
H
В
B1*
R"
L*
b
h<sup>*</sup>
h1*
l*
l1*
КП-4ПООО КП-4ПООО-01
14,74
3440±40
+150 4750 -50
1012
1840
800 1000
506
1800
600
400
720
СВП27
394,0 398,6
КП-4ПООО-02 КП-4ПООО-03
18,30
4000±40
+150 5000 -50
1142
1900
800 1000
571
2100
600
600
770
445,1
449,7
В шахтах угольных бассейнов одновременно с опусканием кровли наблюдается внедрение стоек крепи в породы почвы, что не учитывалось конструкцией арочной крепи. В результате технологические зазоры при эксплуатации выработок не отвечают эксплуатационным требованиям. Поэтому была поставлена задача оптимизировать геометрическую форму крепи так, чтобы реализовать податливость до 1000 мм и более, достаточное сопротивление спецпрофиля, обеспечить технологические зазоры при эксплуатации крепи в различных горно-геологических условиях. Поставленная задача решена путем создания четырехзвенной металлической податливой крепи КП-4П (см. фигуру). Металлическая податливая крепь содержит две прямолинейные вертикальные стойки и криволинейный верхняк, соединенные между собой, отличается тем, что верхняк выполнен из двух частей с прямолинейными участками на концах и криволинейными участками, радиус л которых зависит от проектной площади поперечного сечения S, учитывающей величину прогнозируемой вертикальной конвергенции высоты прямолинейных стоек h, длины прямолинейных участков верхняка и определяется по формуле:
Пример:
2
S*=14,74 м; h*=1,8 м; f=0,4 м, тогда R*=1,84 м.
2
S*=18,3 м; h*=2,1 м; l*=0,6 м, тогда R*=1,9 м.
2
S*=14,74 м; h*=1,8 м; l*=0 м, тогда R*=2,12 м.
Из данных последнего примера следует, то при l*=0 радиус верхняка крепи равен 2,12 м, а форма его приобретает полукруг. В этом случае крепь состоит из двух прямолинейных стоек высотою 1,8 м, вехняка радиусом 2,12 м, имеет высоту 3,76 м и ширину 4,06 м. Высота крепи этой формы увеличивается в 1,1 раза по сравнению с высотой крепи, имеющей радиус 1,84 м и аналогичную площадь. Созданная конструкция позволяет менять соотношение между высотой и шириной (Н:В) крепи за счет изменения длины прямолинейных участков верхняка и прямолинейных стоек. Это позволяет проектировать высоту крепи, учитывающую величину прогнозируемой конвергенции. В связи с этим крепь КП-4П может без повреждений воспринимать ожидаемую конвергенцию и обеспечивать устойчивое состояние выработок на протяжении предусмотренного проектом времени их эксплуатации. Небольшая прямолинейная часть верхняка позволяет обеспечить нагрузку на крепь, близкую к равномерно распределенной, исключить динамическое нагружение крепи вследствие внезапных обрушений пород кровли, а также ее подрывку. При передвижке привода конвейера лавы в полости штрека от крепи (см. фигуру) "отстегивается " только криволинейная часть верхняка (3), а не снимается весь верхняк как в трехзвенной арочной крепи. Это позволяет снизить трудоемкость работ на сопряжении лавы и время на передвижку забойного конвейера.