АРОЧНАЯ ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ
ARCHED YIELDING SUPPORT

Изобретение относится к горной промышленности и сооружению тоннелей, а именно к креплению горных выработок рамными арочными крепями в сложных горно-геологических условиях большого горного давления и значительных смещений породного массива, а также к креплению тоннелей временными арочными крепями при их проходке комбайновым способом.
Известна металлическая арочная податливая крепь [1]. Недостатком этой крепи является то, что она выполнена из специального взаимозаменяемого профиля (СВП), поперечное сечение которого является открытым. Из сопротивления материалов, строительной механики и теории упругости известно, что открытые профили плохо воспринимают крутильные деформации и нерациональны при изгибе. Крепи горных выработок работают на сложное сопротивление - косой изгиб с кручением и сжатием, поэтому применение СВП для крепления горных выработок в сложных горно-геологических условиях и, особенно, при больших сечениях выработок не является рациональным. Кроме того, такую крепь затруднительно установить с активным распором в кровлю, а элементы этой крепи при больших сечениях тоннеля будут иметь большую массу, что затруднит ее установку.
Известна также крепь горной выработки [2], включающая соединенные между собой арочный верхняк и телескопические ножки с узлами податливости. Ее недостатком является то, что верхняк целиком выполнен из спецпрофиля и это затрудняет не только доставку на место монтажа в условиях ограниченного пространства мимо комбайна по выработке, но и демонтаж после разработки заходки комбайном. Кроме того, нижняя часть стоек выполнена из коробчатого профиля, что может вызвать большие изгибо-крутильные деформации верхняка при ее работе. Узлы податливости работают только за счет трения фланцев о внутреннюю стенку профиля, а площадь касания фланцев о стенку коробчатого профиля незначительна, поэтому усилие срабатывания узлов податливости будет небольшой и не будет соответствовать несущей способности крепи. Известно, что назначение узлов податливости, с одной стороны, - предохранить крепь от разрушения при большом горном давлении, а с другой - предохранить выработку от чрезмерных деформаций и сохранить ее поперечное сечение в рабочем состоянии. Таким образом, должны соответствовать несущей способности крепи, а крепь должна противодействовать горному давлению и сохранять выработку в рабочем состоянии в течение срока ее службы. В данном случае усилие их срабатывания значительно меньше несущей способности крепи, что приводит к большим вертикальным смещениям верхняка, а это вызывает резкое уменьшение сечения выработки и вызовет значительные просадки поверхности над ней.
Технический результат - значительное увеличение несущей способности крепи, возможность складывать конструкцию в транспортно-монтажное положение и перемещать ее целиком без разборки внутри выработки от места демонтажа перед возведением постоянной обделки к месту установки после разработки заходки комбайном, увеличение усилия срабатывания узлов податливости в соответствии с несущей способностью крепи и достижение их стабильной работы.
Технический результат достигается тем, что крепь целиком выполнена из коробчатого профиля, а верхняк и телескопические ножки соединены с помощью шарнира одностороннего действия, что позволяет переводить крепь в транспортно-монтажное положение, транспортировать вдоль выработки без разборки, быстро монтировать и демонтировать.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показан общий вид крепи. На фиг.2 показаны ограниченные шарниры (в двух проекциях), соединяющие арочный верхняк 1 с ножками 2 крепи. На фиг. 3 показан клиновой узел податливости 3 в двух проекциях, фиксирующий телескопическое соединение прямолинейной части ножек 2.
Конструкция арочной податливой крепи целиком выполнена из холодногнутого замкнутого сварного коробчатого профиля, хорошо воспринимающего изгибно-крутильные деформации со сжатием, на которые работают крепи горных выработок. Данный профиль с высокой несущей способностью выпускается промышленностью согласно межгосударственному стандарту [3].
Крепь содержит арочный верхняк 1 и изогнутые до горизонтального диаметра, а затем прямолинейные телескопические ножки 2 с узлами податливости 3. Причем, нижняя часть ножен закрыта металлическим листом 4 и закреплена сваркой для опоры крепи на почву выработки. Верхняк 1 и ножки 2 крепи соединяются между собой шарнирами 5 одностороннего действия (фиг.1 и 2), что позволяет переводить крепь в транспортно-монтажное положение, транспортировать вдоль выработки без разборки, быстро монтировать и демонтировать. Узел податливости 3 состоит из двух клиньев, устанавливаемых в специальное окно, приваренное к внешним поверхностям большего типоразмера коробчатого профиля. Причем, со стороны установки клиньев стенка этого типоразмера вырезана, поэтому клинья при их забивке воздействуют на стенку меньшего типоразмера. Под воздействием клиньев меньший типоразмер упруго деформируется и прижимается к трем внутренним стенкам большего типоразмера, а в стенке, контактируемой с клиньями, появляется упругая волна, которая перемещается при работе узла податливости, увеличивая усилие его срабатывания и стабилизируя его работу.
Применение предлагаемого изобретения позволит:
- механизировать и разделить производственные процессы в пространстве и времени;
- довести коэффициент машинного времени работы комбайна до 0,6-0,7 вместо 0,16-0,26 в существующих технологиях проходки;
- увеличить скорость проходки в 2,5-3 раза;
- создать условия для многократного использования временной арочной крепи большой несущей способности;
- механизировать и снизить трудоемкость возведения постоянной обделки тоннеля;
- снизить себестоимость сооружения тоннелей.
Источники информации
1. Патент РФ №2029871 по классу E21D 11/14, 28.11.1991 г.
2. Патент РФ №2065966 по классу E21D 11/14, 27.08.1996 г.
3. Межгосударственный стандарт ГОСТ 30245-2003 «Профили стальные гнутые замкнутые сварные квадратные и прямоугольные для строительных конструкций», Москва. «Стандартинформ», 2008 г.