Способ крепления горной выработки

(9) Е 21 П 11/14 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А й институ реппениИ.Н. и6, рис.рис.Я ГОРНО орны И.: Й) СПОСОБ КРЕПЛЕН ВЫРАБОТ Г,в 2 у Ь шии х лоиенисловле ноисоепособа яреплениявлении,тком такого надежность ном горном етс нер СОЮЗ С 08 ЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ.ВЕДОМСТВО СССР.(57) Использование: в горной промышленности, а именно для крепления выработок в сложных условиях .большихдавлений и смещений породного масси"ва. Сущность изобретения: крепь вы"полнена замкнутой эллиптической, шес"тишарнирной, Два шарнира расположенына меньшей оси эллйпса, четыре другихна линиях, параллельных меньшей осиэллипса. Отношение велииин осей элИзобретение относится к горно промышленности, а именно к крепл выработок податливыми крепями в ных условиях большого горного д ния и его неравномерности. Известен способ крепления го выработки, включающий шарнирное динение элементов с образование круглого сечения. Недоста с я малая к авномер далипса равно корню квадратному из отношения величин нагрузок по направлению данных осей. Крепь состоит из круговых элементовс большим и меньшим радиусамй кривизны. При этом радиусы кривизн:элементов и координаты .расположения шарниров связаны следующим соотйошениемх+( у 1-Ь) 4, уй+(1 х -а) ф2(Ь- у ),2(ах 1) где г, К - меньш ,усы кривизны эле декартовы коорди шарниров, м; а,Ь полуоси эллипса, бокового расаора Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ крепления горной выработки, включвощий возведе ние рамы из шарнирно соединяемых меж ду собой элементов с образованиемзамкнутого эллиптического сечения с большей осью по направлению большего горного давления, с расположением двух шарниров на меньшей оси эллипса. Недостатком такого способа является ненадежность крепления в слож 1778 З 11ных условиях большого неравномерного давления. пород.Целью изобретения является повышение надежности крепления при нерав-номерном горном давлении.Указанная цель достигается тем, что в способе крепления горной выра" ботки, включающем возведение рамы из шарнирно соединяемых между собой эле ментов с образованием замкнутого эллиптического сечения с большей осью по направлению большего горного дав" ления, с расположением двух шарниров на меньшей оси эллипса, эллиптицеское сечение образуют из шести шарнирно соединяемых элементов, двух большей и цетырех меньшей кривизны, при этом отношение величин осей элП- липса принимают равным корню квадрат О ному из отношения соответствующих сил горного давления, причем по направлению большего горного давления устанавливают два элемента большей кривизны, а по направлению меньшего 25 четыре элемента меньшей кривизны, а радиусы кривизны элементов и координаты расположения четырех шарниров вне меньшей оси эллипса определяют иэ следующих, соотношений: ЗОхг+( у Ь) г уг+( х э) гг= ---- ; В=в2(Ь-у 1)2(а- х)Ь -ув=-Ь Ьс=Ъа 1;аЬЬа= - (= ЪЪ 1- - Згде г,й - меньший и больший радиусыкривизны элементов, м;а,Ь - меньшая и большая полуосиэллипса, м;х,у " декартовы координаты расположения шарниров, м;Ъ - коэффициент бокового распора.Иа фиг. 1 показана расчетная схема крепи при преимущественном вертикальном давлении; на фиг. 2 - то же при преимущественном горизонтальном давлении; на фиг. 3 - при преимущественном давлении под углом ,к горизонтальной и вертикальой осям :сечения крепи; на фиг. ч и 5 - расчет ные схемы крепи.Способ осуществляется следующим образом.В забой, выработки доставляются элементы 1, которые соединяют между собой посредством шарниров 2 с образованием замкнутого эллиптического сечения. Количество элементов 1 наодну раму равно шести, количествошарниров 2 тоже равно шести, Элементы ввполняют иэ прокатного профиляизогнутыми по дугам окружностей,При этом два элемента 1 выполняютбольшей кривизны и устанавливают выпуклостью по направлению наибольше-. го горного давления, четыре элемента выполняют меньшей кривизны и устанавливают по направлению меньшего горного давления.В качестве расчетной нагрузки принято загружение конструкции взаимоперпендикуяррными постоянными силами горного давления: Р - нагрузкана кровлю и почву выработки, ИПа;Р - боковая нагрузка на крепь, ИПа,В силу этого при Р Р эллипс вытянут по направлению Рк (Фиг. 1,3)1при РР - по направлению Р 0 )(Фиг. 2),Общепринято называть коэффициентом бокового распора Я отношениебоковой нагрузки к нагрузке на кровлювыработки, т.е,% -Р= РР 5РВ силу принятых обозначений большая ось эллипса равна 2 Ъ, а малая " 2 а 1Известно, что для безмоментности(рациональности) крепи, отвечающей лучшим условиям ее работы и обеспечивающим наибольшую несущую способность, необходимо, цтобы оси эллипса относились друг к другу как корень квадратный из отношения нагрузок на крепь выработки, т.е. если(1 =) - = - = - = Д =)в=ЬЯ; (2)2 а а ГРбРЬ Ь Ресли2 а а ГР 1 ЬВ 1 Ф -" = - = - = -" =)а= - 2 Ь Ь 3 Р Д"Возводимая конструкция крепи является геометрически изменяемой. Устойчивость системы возможна только в случае обеспечения отпора со стороны пород, Выполнение крепи в виде эллипса теоретически обеспечивает безмоментность конструкции, Однако практицески из-за несоответствия дейстз вительной эпюры нагрузки принятой и178311некоторого отличия очертания от эллиптического, из-за постоянства кривизны по участкам, моменты в конструкции возникнут. Кроме того, принеустаыовившемся горном давлениинеизбежны смещения породного массива.Расположение шарниров в соответствиис заявленным техническим решениемобеспечивает с одной стороны устранение в конструкции изгибающих моментов, что повышает ее несущую способность, с другой стороны г обеспечивает ее податливость за счет поворо-.та элементов в шарнирах и их смещений,Податливость крепи исчерпается,когда шарниры 2 на малой оси эллипсасместятся до вмещающих пород (нафиг. 1"-3 показано пунктиром). 20Для достижения хорошей деформируемости забутовки закрепленного пространства оно заполнено карбамиднымпенопластом, сжимающимся в первоначальный период под нагрузкой 100 Пас нарастанием . до 0,4 ИПа,. Два элемента 1 крепи, устанавливаемые выпуклостью в сторону большейнагрузки, имеют соответственноменьший радиус - кривизны г, чем четыре ЗОдругих элемента, устанавливаемыевыпуклостью в сторону меньшей нагрузки К (фиг, 4).Радиусы кривизны элементов приняты постоянные, что облегчает их изготовление,формулы для определения зависимостей между радиусами кривизны элементов и координатами расположения цетырех шарниров вне малой оси эллипсаполучены следующим образом,уг +х-а)г 2(а-(х/) хг+ у( Ь) г 2(Ь-(у/)5 При проектировании крепи ее податливость регулируется величиной за.- крепного пространства со стороны боковых элементов и координатами х, урасположения шарниров вне малой осиэллипса.Соотношение между величиной необходимой податливости крепи Ь и боковойподатливостью К получено следующимобразом (фиг. 5), х,у - координатыРасположения шарнира, соединяющего,элементы большей и меньшей кривизны,связанные между собой соотношением(3). Податливость крепи Д назначается в зависимости от ожидаемых смеще- О ний породного массива.Считаем, что при опускании на величину 6 элементов меньшего радиусакривизны за счет поворота вокруг шарниров элементы большого радиуса кри визны смещаются без Деформаций навеличинуЬ.Хорда 1 до смещения и после имеетодну и ту же величину (фиг. 5), поэтому можно записатьу+(а-/х( )г =(-Ь)+а-/х/)+ Ь )=, Считаем, что координаты у расположения шарниров вне малой оси эллипса известны (фиг, 4). Эти координаты назначаются из удобства монтажа злемевтов и в. соответствии с необходимой податливостью,При этом места расположения шарниров получаются как точки пересече,ния окружностей радиуса г и К, -ог.раничивающих эллипс при заданных его полуосях а и Ъ. Кроме того, координаты х и у принадлежат эллипсу, поэтому связаны между собой в системе координат ХУ следующей зависимостью:+ - ю 1х/ -- Ь -увг Ьг Ь 6На фиг, 4 видно, что окружности меньшего радиуса г смещены относительно начала координат "0" на величину (Ь-г), а большего радиуса В - на величину (К-а). Переходя к системе координат ХУ, уравнения окружностей получат следующий вид:хг+у( -Ь-г)=гг;(/х(-а+К) г+уг=Кг =) (/х/-а) г+2(/х/-а)х Х К+уг+Кг -КгОтсюда получим Решая квадратное уравнение относительно Ь получим1 м е р. Рассмотрим примерри следующих исходных дан177831 7 Задаваясь величиной необходимой податливости крепи 6 =0,3 м, по фор:муле (6) найдем боковую податливость д( 8 = -(2-1,732)+,3 ).ш -0,268+(ОО 1.8+1,2 тО,86 тическое сечение образуют из шести . шарнирно соединяемых элементов - двух бльшей и четырех меньшей кривизны, при этом бтношение величин осей эллипса принимают равным корню квадратному из отношения соответствующих сил горного давления, причем по направлению большего горного давления устанавливают два элемента большей кривизны, а по направлению меньшегочетыре элемента меньшей кривизны, а ,радиусы кривизны элементов и координаты расположения четырех шарниров вне меньшей оси эллипса определяют из следующих соотношенийх 2+(1 у 1 - .Ь) 2 у 2+(х 1-а) 2с К= --- - 2 (Ьу 1) 2(ах )2-у 2; а=ЬЯ:)Я(1; 1 х) = - Ь Ь Ь а=р (=где г и К " соответственно мень и больший радиусы к ны элементов, м; а и Ь - соответственно меньш большая полуоси элл са, м; х и у " декартовь) к положения ш эффициент ра.ивиз ая ииоординаты рас-,арниров, м;1бокового рас=0,25; Ь=Й м из (2) =) а=2 м; 2/у/=2 м=3 из (2) /х/= 2 16-4=1,732 мРадиусы кривизны элементов вычисляем по формулам (5) 1, 732+(2-4) 2тд - -2 Ц-"- =1275 м Конструкция шарниров 2 в изобрете" нии не разрабатывалась, т.к. она за"15 висит от материала и сечений элементовПри преимущественном действии гор ного давления под углом М к горизонтальной оси целесообразно сечение за 20 явленной крепи повернуть на данный угол (Пиг. 3), При этом все изложенное 1 ранее остается в силе, "1Замкнутое эллиптическое сечение 25 . делать не обязательно там, где породы не склонны к пучению. Данные сечения соответствуют наибольшей несущей способности, Однако, если условия позволяют, их можно усечь. на линии нижних шарниров, сохраняя их количе-. ство и убирая, нижний элемент 1, выполняоций Пункцию обратного свода,ормула изобретения35 Способ крепления горной выработки, включающий возведение рамы из шарнирно соединенных между собой элементов с образованием замкнутого эллиптического сечения с большей осью по направлению большего горного давления с расположением двух шарниров на меньшей оси эллипса, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности крепления при неравномерном горном, давлении, эллип" 22+(1 732-212к="- =7 б м 2(2-1,732)и о б.,мбинат "Патент", г,Ужгород, ул. Гагарина, 1 Производственно ельскиГ Заказ 4172 Тираж ВИИИПИ ГосУдарственного комитета 113035, Москва, Жо изобретениям ткрытиям при ГКНТ СССР35, Раушская на д. 4/5