Крепь вертикальной горной выработки

( 1 о 9 Я ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Ширяев го ьство ССС04, 1984,ьство ССС 00, 1989, НОЙ ГОР В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Институт горного дела СО АН СССР(72) В,Н.Власов, М.Б,Уст А,Л.Черыгов и Д,В,Минь (53) 622.164 (088,8) (56) Авторское свидетел В 670729, кл. Е 21 О 5/Авторское свидетел М 1647943, кл. Е 21 О 5/ (54) КРЕПЬ ВЕРТИКАЛЬ РАБОТКИ Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению вертикальных шахтных стволов в сложных горно-геологических и технических условиях.Известна крепь для вертикальных горных выработок, включающая выполненные из нескольких сегментов кольца, уложенные одно на другое с заполнением закрепного пространства тампонажным раствором, причем каждое кольцо выполнено в поперечном сечении в виде трапеции, меньше основания которой расположено снизу (1),Недостатком существующей конструкции крепи является ограниченная способность в условиях высокого давления и больших смещений окружающих ствол пород, В крепи отсутствуют элементы податливости для компенсации больших смещений.Наиболее близкой по технической сущности предлагаемой является сборная же-.(57) Изобретение относится к горному делу, а именно к сооруженйю вертикальных шахтных стволов, Сущность изобретения: крепь включает несущие кольца 1 и сегментные расклинивающие кольца 2, которые снабжены обьемными элементами 5 из пористого материала, размещенными между целиками 6, Кольца 2 разделены на сегменты 7 вкладышами 8 из пористого материала и снабжены пластинами, вкладыши 8 выполнены из объемных элементов, а сегменты 7 разделены по высоте на ярусы. Объемные элементы 8 в ярусах размещены со смещением, а пластины установлены на поверхностях ярусов с образованием плоскостей скольжения, 5 ил,лезобетонная крепь вертикальной горной выработки, включающая выполнение из нескольких тюбингов колец, уложенных одно на другим, причем торцовые поверхности колец выполнены наклонными. при этом одно из колец является несущим, накпбн торцовых поверхностей выполнен в сторону уменьшения к контуру вмещающих пород, а закрепное пространство между этим кольцом заполнено податливым материалом; второе смежное с ним кольцо является расклинивающим, торцовые поверхности выполнены в сторону увеличения к контуру вмещающих пород, а закрепное пространство заполнено жестким бетоном в вертикальными вкладышами из податливого материала, делящими закрепленное пространство на сегменты; несущее кольцо выполнено из нескольких тюбингов с жесткими соединениями, а расклинивающее кольцо выполнено из нескольких тюбингов5 10 20 30 35 40 45 50 55 с шарнирными соединенными между собой и снабжены компенсационными вкладышами из податливого материала 2.Недостатком существующей конструкции крепи является отсутствие связи в вертикальной плоскости между сегментами в расклинивающем кольце, что снижает ее устойчивость при неравномерных нагрузках, а незначительное сцепление между контуром выработки и несущим кольцом снижает надежность работы крепи.Кроме того, в условиях проходки и крепления шахтного створа, при ограниченных возможностях гразоподьемных средств, тюбинги должны быть ограниченных размеров и веса, что усложняет процесс и снижает скорость возведения крепи Целью изобретения является повышение надежности эксплуатации крепи,Это достигается тем, что несущие и расклинивающие кольца снабжены замоноличенными в их теле объемными элементами иэ пористого материала, а расклинивающие кольца снабжены пластинами, при этом вкладыши из пористого материала выполнены в виде объемных элементов, а сегменты изготовлены разделенными по высоте объемными элементами на ярусы, причем объемные элементы в ярусах раэмещены со смещением относительно друг друга, а пластины установлены на поверхностях ярусов с образованием плоскостей скольжения.Такое решение позволяет при смещениях пород расклинивающему кольцу уменьшиться в диаметре за счет разрушения целиков между объемными телами на стыках сегментов, а также деления целого кольца на сегменты по линиям разрушения объемных тел, при этом образуется в вертикальной плоскости стык с прямоугольными выступами по ярусам и плоскостям скольжения на границах ярусов.Кроме того, в каждом ярусе в горизонтальной плоскости образуется стык имеющий выпукло-вогнутую форму. В совокупности образующийся стык в расклинивающем кольце имеет сложное пространственное ориентирование, позволяющее ему (кольцу) уменьшиться в диаметре в то же время нести значительную нагрузку в вертикальной и горизонтальной плоскостях,Несущее кольцо замоноличено в стыках вертикального ствола и выдерживает горное давление как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. При повышенном горном давлении и смещении пород разрушаются часть или полностью целички между объемными телами, Происходит компенсация смещения горных пород. НесущееГкольцо в этом случае находится в сжатом состоянии, но не разрушенным, Величина выдерживаемого давления на кольцо будет определяться сечением разрушающихся целичков между компенсационными объемными телами, Это давление будет выдерживаться до тех пор, пока не будет израсходован весь объем компенсации заложенный в объемных телах из пористых материалов.Таким образом, в совокупности значительно повышается несущая способность предлагаемой крепи.На фиг, 1 показана вертикальная горная . выработка (с левой стороны от вертикальной оси по расклинивающему кольцу, с правой стороны - по несущему кольцу); на фиг.2 - стенка ствола, вертикальный разрез; на фиг. 3 - сечение по А-А на фиг, 2; на фиг. 4 - разрез крепи по стыку между сегментами и в расклинивающем кольце; на фиг. 5 - сечение по Б-Б на фиг, 4,Крепь вертикальной горной выработки состоит иэ несущего кольца 1 (фиг, 1, 2), расклинивающего кольца 2, выполненных иэ монолитного железобетона. Кольца 1 и 2 возведены одно над другим и чередуюются между собой, Между торцами колец перед заливкой последующего кольца устанавливается прокладка. например иэ рубероида, образующая торцовую границу кольца. Торцовые поверхности 3 и 4 выполняются наклонными для осуществления расклинки несущих колец 1, Элементы податливости несущего кольца 1 выполнены в виде эамоноличенных в бетон объемных тел (фиг, 2, 3) в форме шаров, кубиков, параллелепипедов, цилиндрических и др. разновидностей иэ пористого материала, способных при сдавливании уменьшаться в объеме. Целики 6 между обьемными телами должны выдерживать расчетное давление, Объем занимаемый телами 5 должен обеспечивать компенсацию сдвижения горных пород на весь срок эксплуатации ствола,Расклинивающее кольцо 2 также выполнено из монолитного железобетона как единое целое, Деление расклинивающихся колец 2 на сегменты 7 (фиг, 1) происходит во время эксплуатации ствола при его сдавливании эа счет уменьшения в объеме замоноличенных тел 8 (фиг, 4 и 5) из пористого материала, размещенных на стыках 9 сегментов 7, Объемные тела 8 могут быть выполнены, например, шаровыми, как показано на фиг. 4 и 5, Стык 9 по высоте расклинивающего кольца 2 разделен на ярусы 10, Объемные тела 8 в каждом ярусе 10 смещены относительно друг друга,Горизонтальные поверхности на границах ярусов 10 между объемными телами 8(фиг. 4) выполнены, например, из листовогожелеза 11 с образованием после замоноличивания плоскостей скольжения по этимповерхностям. В ярусе 10 в горизонтальной поверхности стык 9 выполнен криволинейной формы в соответствии с расположением объемных тел 8 (фиг. 5), Уменьшение диаметра расклинивающего кольца 2должно компенсироваться объемом пористых тел 8,Крепь вертикальной горной выработкиработает следующим образом,При повышенных давлениях изменяется контур ствола и уменьшается его диаметр, Креп ь может работать приравномерном уменьшении сечения выработки, а также при неравномерном распределении горного давления. т.е. когдасмешения различны в сечениях.При повышенных давлениях (превышающих расчетное), разрушаются целики 6(фиГ. 1, 3) в несущем кольце 1, Разрушениецеликов 6 можетпроисходить равномерносо всех сторон (при равномерном давлении)или по направлениях действия большихдавлений. Так как прочность несущего кольца 1 в несколько раз (по меньшей мере в 3раза) выше прочности целиков 6, то вся компенсация из-эа изменения диаметра породного контура ствола происходит за счетсжатия объемных тел 5, Количество. и обьемпористых тел 5 должны обеспечивать компенсацию смешений пород на весь срокэксплуатации ствола, При этом целостностьмонолитного несущего кольца 1 обеспечивает эксплуатационно-транспортные и другие функции ствола,В то же время повышенное давление нарасклинивающие кольца 8 (фиг. 1, 2, 4, 5)будет производить их сжатие, при которомпроизойдет расчленение расклинивающихколец 2 по линиям размещения в них объемных тел 8 и деление на сегменты 7, Присжимающих нагрузках целики 12 (фиг. 4, 5)между телами 8 разрушаются с образованием стыков 9 в аиде криволинейных поверхноСтей (фиг. 5) в ярусах 10 (фиг, 4).По высоте расклинивающего кольцастык 9 (фиг. 4) образует прямоугольные выступы с плоскостями скольжения между листами 11, В результате горного давленияобразуются сегменты.7 (фиг. 1) с вогнуто-выпуклыми стыками между йими, Такая конфи 5 гурация стыка 9 обеспечивает подвижностьсегментов при уменьшении диаметров расклинивающихся колец 2,При своем движении внутрь ствола сегменты 7 за счет наклонных торцовых повер 10 хностей 3, 4 (фиг, 2) будут производитьрасклинивание несущих колец 1.При равномерном горном давленииуменьшение диаметров расклинивающихсяколец 2 идет равномерно и компенсируется15. за счет прессования пористого материалаобъемных тел 8 (фиг. 4, 5).При неравномерном давлении массивана крепь ствола происходит неравномерноеперемещение отдельных сегментов 7 отно 20 сительно друг друга и разворот их по стыкам9,При перемещении сегментов 7 распираются несущие кольца 1, происходит их упрочнение за счет трехстороннего сжатия,25 Все зто в совокупности позволяет повыситьнесущую способность и надежность эксплуатации крепи, выполненную из монолитного железобетона, при менее трудоемкойтехнологии его возведения в условиях стро 30 ящегося ствола шахты,Формула изобретенияКрепь вертикальной горной выработки,включающая несущие кольца и сегментные35 расклинивающие кольца с вкладышами изпористого материала, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения надежностиэксплуатации, несущие и расклинивающиекольца снабжены замоноличенными в их40 теле вкладышами из пористого материала,а расклинивающие кольца снабжены пластинами, при этом вкладыши иэ пористогоматериала выполнены в виде обьемныхэлементов, а сегменты выполнены состав 45 ными и разделенными по высоте объемными элементами на яоусы, причемобъемные элементы в ярусах размещенысб смещением относительно друг от друга, апластины установлены на поверхностях50 ярусов с образованием плоскостей скол ьжения,1749462 актор А. Мотыль хред М,Моргентал Корректо ал Госу КНТ С Производственно.-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,каэ 25 ВНИ Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5