Монолитная железобетонная крепь вертикального круглого шахтного ствола
MONOLITHIC REINFORCED CONCRETE SUPPORT OF VERTICAL ROUND SHAFT

Область техники
Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению круглого шахтного ствола в условиях высокого горного давления.
Уровень техники
Известно устройство крепь шахтного ствола (описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1747704, МПК E21D 5/04, опубликовано 15.07.1992 Бюл. №26), включающая несущую железобетонную оболочку, компенсационную оболочку с разделенными каналами жесткости вертикальными каналами и внешнюю оболочку.
Недостатком известного устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи круглого шахтного ствола.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство монолитная железобетонная крепь вертикальной горной выработки, (Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 90-91) включающее бетонное тело, горизонтальную продольную стержневую рабочую, вертикальную стержневую рабочую, по дуге свода стальную арматуру и арматурные поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования.
Недостатком наиболее близкого устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи круглого шахтного ствола.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи круглого шахтного ствола.
Указанный технический результат достигается в устройстве монолитная железобетонная крепь круглого шахтного ствола, включающем бетонное тело, вертикальную продольную стержневую рабочую, горизонтальную стержневую рабочую стальную арматуру и арматурные поперечные скобы с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, в виде каркаса, причем вертикальную продольную стержневую рабочую, горизонтальную стержневую рабочую стальную арматуру и арматурные поперечные скобы каркаса крепи круглого шахтного ствола выполняют поперечным сечением эллипсовидной формы, длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь круглого шахтного ствола, для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с направлением радиуса круглого ствола, для арматурных поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают параллельно вертикальной оси круглого ствола.
Отличительными признаками являются:
вертикальную продольную стержневую рабочую, горизонтальную стержневую рабочую стальную арматуру и арматурные поперечные скобы каркаса крепи круглого шахтного ствола выполняют поперечным сечением эллипсовидной формы, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи;
длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь круглого шахтного ствола, что дополняет надежность монолитной железобетонной крепи;
для вертикальной и горизонтальной арматуры максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса совмещают с направлением радиуса круглого ствола, это увеличивает надежность крепи с меньшим расходом материалов;
для арматурных поперечных скоб максимальный момент сопротивления по длинной оси эллипса устанавливают параллельно вертикальной оси круглого ствола, такое направление увеличивает жесткость каркаса и крепи в целом.
Принцип надежности арматуры состоит в том, что с изменением геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом увеличивается момент сопротивления в определенном направлении, а значит, увеличится и надежность конструкции.
Повышение несущей способности крепи определяют до оптимального соотношения величин осей эллипса большей к меньшей в пространственном позиционировании стальной арматуры в силовых нагрузках.
Момент сопротивления по оси максимальной нагрузки, эллипса с соотношением большей оси к меньшей 1,7 и с площадью равной площади поперечного сечения круга диаметром 16 мм, увеличился в 1,281 раза, т.е. на +28,1%, см. табл. Момент сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшился до 0,75 раза или -25%. Суммарные моменты сопротивления по обеим осям увеличились в 1,016 раза, т.е. на +1,6%.
Сравнение заявляемого решения с аналогом и прототипом не выявило в них признаки, заявляемого решения, это позволило сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Краткое описание таблицы и рисунков
В табл. представлена взаимосвязь соотношения величин осей эллипса и круга с моментами сопротивления по разным осям эллипса и круга с одинаковой площадью по данным [3].
На фиг. 1 приведен изометрический вид монолитной железобетонной крепи круглого шахтного ствола, включающей: 1 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 2 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 3 - сечение ствола в черне; 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 5 - вертикальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 6 - бетонное тело; 7 - сечение ствола в свиту; 8 - горизонтальная арматурная скоба между рядами каркаса; 9 - сварное крепление вертикального арматурного прутка; 10 - анкер закрепленный для фиксации вертикальной арматуры; 11 - шпур для крепления анкера.
На фиг. 2 показан разрез А-А с фиг. 1 вертикального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающий: 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса.
На фиг. 3 показан разрез Б-Б с фиг. 1 горизонтального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающий: 2 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 12 - угол пространственного позиционирования вертикального арматурного прутка.
На фиг. 4 показан разрез В-В с фиг. 1 арматурной скобы между рядами каркаса, включающий: 8 - арматурная скоба между рядами каркаса.
Осуществление изобретения
Процесс возведения крепи из монолитного железобетона включает разбивку линий круга шахтного ствола в свету 7, сборку и установку арматуры в каркас, устройство опалубки и бетонирование. Подготовку скоб 8 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90° вокруг продольной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом в горне кузнецы или газовой горелкой, с расположением длинной оси эллипса в плоскости скобы 8. Подготовку горизонтальных арматурных прутков внутреннего ряда каркаса 1 и горизонтальных арматурных прутков внешнего ряда каркаса 2 выполняют прокаткой на вальцах по расчетному диаметру в виде сегментов, позволяющих опустить в горную выработку по габаритам. Это может быть 1/2 или 1/3 окружности с учетом совмещения при монтаже. Монтаж линейных отрезков арматурного каркаса, по первому варианту, предварительно можно выполнить в специализированном шаблоне позволяющем ровно совместить длинную ось эллипса арматуры по радиусу круга с максимальными нагрузками на крепь, и с последующим монтажом общего арматурного каркаса по месту расположения крепи круглого шахтного ствола, такой монтаж арматурного каркаса повышает несущую способность железобетонной крепи. По второму варианту монтаж арматурного каркаса выполняют по месту расположения, предварительно бурят шпуры 10 устанавливают в них анкеры 11, которые являются основанием для совмещения длинной оси эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь и фиксации в таком положении. Первоначально к анкерам 11 фиксируют вертикальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса 4 на сварное соединение 9 по расчетному кругу и углу пространственного позиционирования вертикального арматурного прутка 12. Затем устанавливают горизонтальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса 2 соединяя их с вертикальными арматурными прутками внешнего ряда каркаса 4 на сварное соединение 9. Аналогично монтируют вертикальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 5, горизонтальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 1. Арматурные поперечные скобы 8 устанавливают с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. Горизонтальную и вертикальную опалубку устанавливают по линиям сечения в свету 7 и создают бетонное тело 6 боковой поверхности крепи круглого ствола применяя вибрационное уплотнение бетона.
Таким образом повышение надежности монолитной железобетонной крепи круглого шахтного ствола достигают изменением геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом увеличивая момент сопротивления в заданном направлении.
Источники информации
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству SU1747704, МПК E21D 5/04, опубликовано 15.07.1992, Бюл. №26;
2. Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 90-91;
3. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук. думка, 1988. - 736 с. (с.58, 74).