Арочная шарнирно-податливая крепь

(19) 8 1)5 Е 21 Р 11 ЕТЕНИЯ М М ) б ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промы шленны х зданий и сооружений (72) Г. П. Надеждин, И. П. Романов, В. П. Деев и В. С. Гусев(56) Гелескул М. Н. и др. Справочник по креплению горных выработок. М.: Недра, 1976, с. 59, рис. 27.Авторское свидетельство СССР619666, кл. Е 21 Р 11/14, 1976.(57) Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и предназначено для крепления горных выработок и подземных сооружений. Цель - повышение несущей способности крепи и сокращение затрат на изготовление. Крепь состоит из соединенных в своде посредством шарнира полу- арок (ПА) 1 и 2. Шарнирно с ПА 1 и 2 соединены опорные плиты (ОП) 5 с упорами 6 на концах, установленные наклонно к ПА 1 и 2. Внутренний конец ОП 5 расположен ниже внешнего. Каждая ПА 1 и 2 выполнена по форме боковой ветви квадратной параболы и установлена на внутреннем конце ОП 5 с возможностью перемещения по ней к внешнему концы ОП 5 до контакта с упором 6 и приобретения ПА 1 и 2 крепи формы квадратной параболы. Угол а наклона ОП 5 к горизонтальной оси крепи определяется по формуле (а(агс 1 д(О; - КГ;) / (1;+К%) ), где О - горизонтальный распор одной ПА;- вертикальная нагрузка на одну ПА; К - коэффициент трения скольжения; р угол между вертикальной осью крепи и прямой, соединяющей шарнир в своде с шарниРом на ОП 5. Изменением угла а наклона ОП 5 можно регулировать сопротивление сдвижению пят 4 ПА 1 и 2. В результате встречных смещений породы и звеньев и их контакта в работу включается отпорность породы, оказывающая разгружающее воздействие на крепь. 3 ил.У = - ( - Х), 4 Изобретение относится к горному делу и подземному строительству, а именно к конструкции арочной податливой крепи горных выработок и обделок преимущественно сводовой части подземных сооружений,Цель изобретения - повышение несущей способности крепи и сокращение затрат на изготовление.На фиг. 1 изображена крепь, общий вид; на фиг, 2 - то же, в работе; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 2.Арочная шарнирно-податливая крепь включает две полуарки 1 и 2, соединенные в своде шарниром, например, в виде болтового узла 3. Полуарки 1 и 2 шарнирно опираются пятами 4 на опорные плиты 5, выполняемые с отогнутыми упорами 6. Опорные плиты 5 укреплены на стенах 7 подземного сооружения или в подошве 8 выработки с наклоном к полуаркам 1, 2 вовнутрь, т. е. внутренний конец плиты расположен ниже внешнего. Крель в продольном направлении раскрепляется распорками, а по контуру крепи устанавливается затяжка (не показана), воспринимающая давление кровли 9.Каждая полуарка 1 и 2 выполнена по форме долевой ветви квадратной параболы, а арка в конечном положении, когда пяты полуарок контактируют с внешним упором 6, имеет вид квадратной параболы, описываемой формулой где У, Х - соответственно ордината и абсцисса оси;1 - пролет крепи;- стрела подъема.Каждое звено двухзвенной крепи составляет одну ветвь параболы от ее вершины, совмещенной с шарнирным соединением звеньев. Опорные плиты 5 при необходимости выполняются с шероховатостью, что определяется расчетом из условий создания достаточного сопротивления смеШения звеньев от горного давления, как средства поддержания кровли, обеспечения ее постепенного оседания. Изменением угла наклона а опорной плиты 5 можно регулировать сопротивление сдвижению пят 4 полуарок 1 и 2. Пределы изменения и величина угла а определяются из соотношения действующих в опоре сил и размеров арки, исходя из условия Род"Руд, где Рсд - сдвигаюшие силы; Р.д - удерживающие силы, выражающиеся через параметры К, Нь К, р, где ;, Н; - соответственно вертикальная нагрузка на одно звено арки и распор, определяемые по известным формулам для 3-шарнирной арки; К - коэффициент трения скольжения; р - угол между вертикальной осью арки и прямой, соединяющей средний и опорный (в пяте) шарниры,Тогда пределы изменения угла а и формула его определения будут следующими 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55(а(агс(д --- .Н, - К;В качестве расчетного принимается наименьшее значение, определяемое для крайних положений пят на плите: в начальной точке ее, ближайшей к оси сооружения, и наиболее отдаленной, причем в первом случае с частичной загрузкой на участке пролета и во втором случае на всем пролете.На фиг. 3 показаны действующие в опоре силы. На сопротивление сдвижению можно влиять изменением наклона а плит 5: повышением наклона увеличивают это сопротивление и наоборот, Наконец можно обеспечить увеличение сопротивления смещению звеньев 1 и 2 путем выполнения плиты 5 с переменным возрастающим углом ее наклона а, например созданием криволинейной с нарастающей кривизной поверхности.Таким образом, опорные плиты 5 могут выделяться свойством оказывать механически изменяющееся, увеличивающееся сопротивление сдвижению звеньев и податливости крепи.При ем количественные значения проявлений перечисленных свойств можно задавать и определять расчетом необходимые для их осушествления параметры и конструктивные характеристики элементов устройств.Устройство работает следующим образом. (фиг. 2 и 3) .Полуарки 1 и 2 устанавливаются с упором их шарнира 3 в кровлю 9 выработки. Для этого пяты 4 полуарок 1 и 2 смещаются к оси выработки до внутренних упоров 6 опорных плит 5 (пунктир на фиг. 2). Геометрические характеристики крепи в этом положении будут: пролет , стрела подъема ь а нагрузку составит давление смешаюшейся породы, соприкасающейся первоначально с крепыш на некотором участке 6. С течением времени при вертикальном смешении породы участок соприкосновения 6; ее с крепыш, т. е. протяженность нагрузки по пролету, будет возрастать, а пяты звеньев смешаться в стороны по опорным плитам 5.В процессе работы крепи ее параметры: геометрические ;, 1;, участок загрузки О;, опорные реакции и внутренние усилия, будут иметь переменные значения, взаимно влияющие друг на друга. С ростом участка загрузки пролета о; увеличиваются вертикальное давление К, на опоры, распор Н; и соответственно составляющие их проекции на плоскость опорных плит 5 и нормаль к ним, которые будут представлять силы, удерживающие или сопротивления и сдвигаюшие (фиг. 3).К первым относится также сила трения Рчр, равная РР=КЙ, где К - коэффициент трения, У - нормальная сила. Как указывалось, опорные плиты 5 могут выполняться с повышенной шероховатостьюдля увеличения сопротивления сдвижению, С раздвижкой пят 4 полуарок 1, 2 стрела подъема ; уменьшается, увеличивая распор согласно формуле его определения Н;= --(21; - 6;).8;В предельном положении смешения пят 4 при упоре их во внешние упоры 6 крепь устанавливается по заданному очертанию рациональной оси - квадратной параболе, при этом в полной степени будут проявляться указанные положитеьные свойства - работа элементов крепи только на сжатие и отсутствие их изгиба.В данном состоянии или в последующем с увеличением смешения К породы со стороны кровли загрузка о; распространится по всему пролету 1 выработки. При этом с боковой стороны в результате встречных смещений породы и звеньев и их контакта включится в работу отпорность породы, которая оказывает положительное разгружаюшее воздействие на крепь.Формула изобретенияАрочная шарнирно-податливая крепь,включающая полуарки, соединенные в своде посредством шарнира и имеющие опорные плиты с упорами на концах, шарнирно соединенные с полуарками и установленные наклонно к полуаркам, при этом внутрен ний конец плиты расположен ниже внешнего,отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности крепи и сокрашения затрат на изготовление, каждая поларка выполнена по форме боковой ветви квадрат ной параболы и установлена на внут еннемконце опорной плиты с возможностью перемещения по ней к внешнему концу плиты до контакта с упором и приобретения аркой крепи формы квадратной параболы, при этом угол наклона опорных плит к горизонтальной оси крепи а определяется формулойН; - К;(а(а гс 1 -- , - -,т20 где Н - горизонтальный распор одного звена арки;1 - вертикальная нагрузка на одно звено арки;К - коэффициент трения скольжения; р - угол между вертикальной осью кре пи и прямой, соединяющей шарнирв своде с шарниром на опорной плите.Составитель Л. Чистова Редактор А. Долинич Техред А. Кравчук Корректор М. Пожо Заказ 1131 Тираж 295 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 01