Способ предварительного напряжения рамной крепи

ИВВЗИВВВИИВВ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 17834 А 1 9)(я)5 Е 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТО МУ СВ ЕЛЬС таллургический тво СССР5, 1979.тво СССР4, 1980,НОГО НА- рной проо при крепвительных ения - по- снижение монтажом я проявле 1 г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬ ПРЯЖЕНИЯ РАМНОЙ КРЕПИ (57) Изобретение относится к го мышленности и м.б, использован лении капитальных и подгото горных выработок. Цель изобрет вышение несущей способности и материалоемкости крепи. Перед крепи методом прогнозировани ния горного давления в выработках определяют внешнюю нагрузку на крепь. В зависимости от ее величины и направления выбирают верхняк (В) 2 определенного радиуса кривизны, При этом радиусы кривизны В 2 определяются по формуле, приведенной в описании, Затем путем установки боковых стоек 1 крепления к ним при помощи соединительных узлов 3 В 2 определенного радиуса кривизны производят монтаж крепи, При этом поддействием приложенных в соединительных узлах 3 пар сил й в В 2 создаются предварительные напряжения. При взаимодействии с окружающим массивом в крепи под действием внешней нагрузки возникают изгибающие моменты, которые компенсируются изгибающими моментами предварительно напряженной крепи. Это позволяет значительно увеличить несущую способность крепи, не увеличивая ее массу, 2 ил.Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении капитальных и подготовительных выработок шахт.Известен способ усиления сборной же.лезобетонной крепи для капитальных горных выработок, верхняк которых усилен установкой металлической шпренгельной стяжки.Недостатком этого способа является громоздкость и сложность конструкции, воздействие шпренгельной стяжки только на один элемент крепи (верхняк), возможность изготовления верхняка только в заводских условиях, невозможность управлять напряженным состоянием остальных элементов крепи (стоек), что оставляет их грузонесущую способность неизменной и тем самым ограничивает грузонесущую способность крепи в целом.Известен способ усиления стальной арочной крепи установкой стяжки, на которую монтируют узлы податливости, разделяющими каждую ветвь на две тяги, а между тягами устанавливают распорку.Однако данный способ усиления рамной крепи, как показывает опыт его внедрения на шахтах, предполагает сложный монтаж стяжки на крепь, напряжение стяжки требует постоянного возобновления в процессе ее эксплуатации, усиление стяжкой не может быть применено в выработках с контактным проводом, а повышение грузонесущей способности не достаточно эффективно из-за падения натяжения в стяжке,Наиболее близким по технической сущности является способ управления усилиями в стальной арочной крепи, согласно которому на раме крепи монтируют элемент усиления в виде отрезков желобчатого спецпрофиля, причем с целью создания предварительного напряжения в крепи со знаком, противоположным знаку напряжений, вызванных нагрузкой, элементу усиления придают кривизну, отличную от кривизны усиливаемого участка,Недостатками такого способа усиления рэмной крепи является значительная материалоемкость из-за расхода стального проката на изготовление элемента усиления, недостаточное повышение грузонесущей способности из-за ограничения на длину усиливающего элемента, что обусловлено необходимостью обеспечить требуемый запас податливости крепи.Целью изобретения является повышение несущей способности и снижение материалоемкости крепи. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Указанная цель достигается тем, что согласно способу предварительного напряжения рамной крепи, включающему монтаж крепи в выработке путем установки стоек, закрепление на них верхняка с помощью соединительных узлов и создание в крепи предварительного напряжения, предварительное напряжение создают при монтаже крепи в процессе закрепления верхняка на стойках путем приложения в соединительных узлах разгружающих моментов, для чего верхняк и стойки изготавливают с разными радиусами кривизны и при закреплении верхняка на стойках эту разницу в радиусах кривизны выбирают в процессе установки и натяжения соединительных узлов, придавая им тем самым функции напрягающего устройства, причем радиус кривизны верхняка выполняют отличающимся от радиуса кривизны стойки на величину, определяемую по формуле гв =.гс(1 +КмМгсЕ) где гв, гс - радиусы кривизны соответственно верхняка и стойки,м;М - момент предварительного напряжения крепи, Н м;Км - коэффициент перерасределенияразгружающего момента между верхнякоми стойкой;Е - модуль упругости материала крепи,Н/м;- момент инерции профиля, м,4а знак " - " в формуле берут для случая загружения крепи преобладающей нагрузкойсверху, тогда как знак "+" - при нагружениикрепи с боков выработки,Указанные соотношения радиусов кривизны верхняка и стоек крепи и процессасоздания предварительного напряженияпри монтаже крепи путем затягивания соединительных узлов, которые одновременновыполняют функции нэпрягающего устройства, позволяющего выбрать разницу в радиусах кривизны верхняка и стоек,обеспечивают предварительное напряжение во всех элементах крепи, что компенсирует напряжения от нагрузки на крепь состороны пород,На фиг. 1 представлена стальная рамная податливая крепь для двух случаев загружен ия: слева от осевой линиивертикальной нагрузкой, а справа - горизонтальной нагрузкой; на фиг, 2 - расчетная схема крепи с эпюрами моментов отпредварительного напряжения и от внешней нагрузки для тех же случаев загружения крепи,Стальная рамная податливая арочная крепь состоит из двух стоек 1 и закрепленного на них верхняка 2 с помощью соединительных узлов 3, Для создания предварительного напряжения верхняк 2 выполняют с радиусом кривизны, отличающимся от радиуса кривизны стоек 1 на величину, определяемую в зависимости от ожидаемого распределения внешней нагрузки на крепь по указанной формуле.Возможные случаи загружения крепи вертикальной 4 и горизонтальной 5 нагрузки(представлены на фиг. 1 и 2 соответственно слева и справа от осевой линии крепи) требуют выполнения верхняка 2 с радиусами кривизны гв больше или меньше радиуса гс стойки 1. При этом верхняк 2 имеет форму для первого случая 6, а для второго - 7. В процессе монтажа крепи верхняк 2 устанавливают на стойки 1 и закрепляют с помощью соединительных узлов 3, При натяжении последних выбирают разницу в радиусах кривизны стоек 1 и верхняка 2, придавая верхняку проектное положение 2, в процессе чего верхняк переходит из исходного положения 6 или 7 в проектное 2 под действием приложенных в узлах соединений пары сил И, дающих момент М предварительного напряжения.Таким образом, в процессе монтажа крепи с помощью соединительных узлов 3 во всей конструкции создают предварительное напряжение. Эпюра разгружающих моментов (показана штриховой линией на фиг.2) в зависимости от радиуса кривизны верхняка для случая преобладания вертикальной нагрузки 4 распределяется по закону 8, а для случая горизонтальной нагрузки 5 - по линии 9, В обоих случаях эпюры разгружающих моментов претерпевают скачок на величину М на участке соединительных узлов 3, Таким образом, стойки 1, и верхняк 2 оказываются под действием разгружающих моментов разных знаков.Когда в процессе взаимодействия крепи с окружающим массивом пород начинает действовать внешняя нагрузка, в крепи возникнут изгибающие моменты (показаны на фиг. 2 сплошной линией); от вертикальной нагрузки эпюра 10, а от горизонтальной 5-, эпюра 11. При этом моменты от внешней нагрузки оказываются компенсированы разгружающими моментами, что позволяет резко увеличить грузонесущую способность крепи без дополнительных затрат спецпрофиля,Предлагаемый способ предварительного напряжения рамной крепи обеспечивает минимизацию максимумов изгибающих моментов за счет взаимной компенсации раз гружающих и грузовых моментов. Темсамым удается достигнуть повышения грузонесущей способности крепи на 60 - 70 О без дополнительного расхода стального проката. Поэтому удельная материалоем кость конструкции крепи, под которой понимается расход материала на единицу ее грузонесущей способности, также снизится на 30 - 40 О. В целом без усложнения конструкции крепи за счет управления распре делением в ней изгибающих моментовпоявляется возможность заметно повысить устойчивость горных выработок, сократить расходы на их ремонт и перекрепление, снизить стоимость и материалоемкость крепле ния, повысить безопасность работ.Формула изобретения Способ предварительного напряжениярамной крепи, включающий монтаж крепи в выработке путем установки стоек, подъема 25 и закрепления на них верхняка с помощьюсоединительных узлов и создания предварительного напряжения в крепи, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения несущей способности и снижения материа лоемкости крепи, перед ее монтажем определяют направление преобладающего давления на крепь, после чего создают предварительное напряжение в крепи путем натяжения соединительных узлов и лик видации зазора между радиусами кривизныбоковых стоек и верхняком, при этом верхняк выполняют с радиусом кривизны, определяемым по формуле40 гв = гс(1 + Км гсМЕ) 1,где гс - радиус кривизны боковой стойки, м;М - момент предварительного напряжения крепи, Н м;45 м - коэффцициент перераспределения разгружающего момента между верхняком и стойкой, изменяющийся в пределах 01 м 1;Е - модуль упругости материала крепи, 50 Н/м;1 - момент инерции профиля, м,причем знак " - " принимают для крепи, установленной в выработке с преобладающим горным давлением со стороны кровли, а 55 знак "+" - со стороны боковых пород выработки.17178344Составитель Л,Березкина Редактор Н.Рогулич Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий Заказ 863 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101