Металлическая рамная податливая крепь

Металлическая рамная податливая крепь относится к горно-добывающей промышленности и может быть использована для крепления вскрывающих и подготовительных выработок, сооружаемых в геомассиве. Полезная модель направлена на увеличение податливости крепи и сохранение ее высоты, требуемой ПБ, за счет того, что металлическая податливая крепь содержит две прямолинейные стойки и криволинейный участок верхняка, соединенные между собой, причем криволинейный участок верхняка выполнен из двух частей с прямолинейными участками на концах, радиус которых зависит от проектной площади поперечного сечения крепи, учитывающей величину прогнозируемой вертикальной конвергенции высоты прямолинейных стоек, длины верхней прямолинейной части верхняка. Крепи этой формы разработаны для больших глубин ведения горных работ, в условиях которых вертикальная конвергенция пород в выработках достигает 1,0 м. и больше. Рабочее сопротивление крепи при соединении прямолинейных стоек с верхняком двумя замками ЗСД с каждой ее стороны составляет 180-250 кН. Рама крепи КП-4П.000 сечением 14,74 м² легче серийной рамы крепи АПЗ сечением 15,5 м² на 47,9 кг, что в денежном выражении составляет 555 руб. При производстве 1000 комплексов экономия составит 5 5 5 млн. рублей. Рама крепи КП-4П.000 - 02 сечением 18,3 м² легче серийной АПЗ сечением 18,3 м² на 49,6 кг, что в денежном выражении составляет 563 руб. При производстве 1000 комплексов экономия составит 563 млн. рублей.

Полезная модель рамной металлической податливой крепи относится к горнодобывающей промышленности и может быть использована для крепления горных выработок, сооружаемых в геомассиве. Крепь предназначена для выполнения двух задач: защитить работающих от вывалов кусков породы и угля, а также за счет достаточной несущей способности и податливости не подвергаться недопустимым деформациям или разрушению. Кроме того, крепь должна обеспечить надежное функционирование выработок в течении проектного срока их службы и исключить ситуации, ограничивающие нагрузки на очистные забои.

На шахтах России до 90% выработок поддерживаются стальными трехзвенными податливыми крепями арочной формы. Крепи этой формы из-за ограниченной податливости в сложных горно-геологических условиях не обеспечивают удовлетворительное состояние горных выработок и практически не подлежат совершенствованию. Арочная трехзвенная крепь, взятая за прототип, состоит из трех криволинейных звеньев - верхняка и двух стоек, соединяемых в нахлестку с помощью болтовых замков (Обзорная информация и справочные материалы "Рамные крепи горных выработок" ДонУГИ., Донецк, 1992, с.2-3). Недостатком арочной трехзвенной крепи является то, что конструктивная податливость ее не превышает 500 мм, и, исчерпав указанную величину податливости, крепь разрушается. Поэтому для больших глубин ведения горных работ, в условиях которых конвергенция пород в выработках достигает более 1,0 м., целесообразна разработка крепи податливостью до 1000 мм и более. Можно считать, что основной принцип проектирования податливой крепи и выбор ее параметров должен состоять не в том, чтобы снизить конвергенцию, а в том, чтобы крепь без деформаций и повреждений могла воспринимать ожидаемую конвергенцию при минимальных материальных ресурсах на ее изготовление. Установлено, что при использовании податливых крепей увеличивать их массу можно только в определенных границах, так как излишняя жесткость их

элементов приводит к разрыву замков. Как было определено при натурных наблюдениях, существующие в настоящее время различия в массе профилей и расстояний между податливыми крепями в выработках шахт и рудников не оказывают заметного влияния на конвергенцию. Это относится к выработкам, закрепленным арочной крепью при забутовке закрепного пространства вручную. При нагружении арочной крепи сверху в одной точке и отсутствии забутовки с боков несущая способность ее снижается в 4 и более раз, крепь деформируется, теряет работоспособность при относительно небольших смещениях пород. Этот недостаток и отмеченные выше отсутствуют в разработанной четырехзвенной металлической податливой крепи КП-4П, предназначенной для крепления магистральных и подготовительных выработок, сооружаемых в неразгруженном массиве и массиве разгруженном от влияния горного давления, а также подверженном надработке.

Полезная модель направлена на увеличение податливости крепи и сохранение высоты, требуемой ПБ, за счет того, что металлическая крепь (см. фигуру) содержит две прямолинейные стойки (4) и верхняк, состоящий из двух криволинейных частей (3), имеющих по концам прямолинейные участки, соединяемые между собой и со стойками податливыми узлами связи (2), в качестве которых могут применяться существующие болтовые замки. Рамы крепи соединяются между собой стандартными межрамными стяжками (1). Такое конструктивное выполнение крепи позволяет обеспечить податливость ее до 1000 мм и более. Так конструктивная податливость крепи, имеющей площадь поперечного сечения 14,74 м², до 1000 мм, а податливость крепи площадью поперечного сечения 18,3 м до 1500 мм. Крепи, при указанных величинах податливости, сохраняют одинаковую высоту до 2,5 м. При податливости 1000 мм минимальная площадь поперечного сечения крепи для исполнений КП-4ПООО и КП-4ПООО-01 составляет 10,5 м², для исполнений КП-4ПООО-02 и КП-4ПООО-03 равна 0.9 м². Геометрические параметры исполнений крепи КП-4 и ее масса приведены в таблице.

В шахтах угольных бассейнов одновременно с опусканием кровли наблюдается внедрение стоек крепи в породы почвы, что не учитывалось конструкцией арочной крепи. В результате технологические зазоры при эксплуатации выработок не отвечают эксплуатационным требованиям. Поэтому была поставлена задача оптимизировать геометрическую форму крепи так, чтобы реализовать податливость до 1000 мм и более, достаточное сопротивление спецпрофиля, обеспечить технологические зазоры при эксплуатации крепи в различных горно-геологических условиях. Поставленная задача решена путем создания четырехзвенной металлической податливой крепи КП-4П (см. фигуру). Металлическая податливая крепь содержит две прямолинейные вертикальные стойки и криволинейный верхняк, соединенные между собой, отличается тем, что верхняк выполнен из двух частей с прямолинейными участками на концах и криволинейными участками, радиус л которых зависит от проектной площади поперечного сечения S, учитывающей величину прогнозируемой вертикальной конвергенции высоты прямолинейных стоек h, длины прямолинейных участков верхняка и определяется по формуле:

Пример:

S*=14,74 м² ; h*=1,8 м; f=0,4 м, тогда R*=1,84 м.

S*=18,3 м ²; h*=2,1 м; l*=0,6 м, тогда R*=1,9 м.

S*=14,74 м²; h*=1,8 м; l*=0 м, тогда R*=2,12 м.

Из данных последнего примера следует, то при l*=0 радиус верхняка крепи равен 2,12 м, а форма его приобретает полукруг. В этом случае крепь состоит из двух прямолинейных стоек высотою 1,8 м, вехняка радиусом 2,12 м, имеет высоту 3,76 м и ширину 4,06 м. Высота крепи этой формы увеличивается в 1,1 раза по сравнению с высотой крепи, имеющей радиус 1,84 м и аналогичную площадь. Созданная конструкция позволяет менять соотношение между высотой и шириной (Н:В) крепи за счет изменения длины прямолинейных участков верхняка и прямолинейных стоек. Это позволяет проектировать высоту крепи, учитывающую величину прогнозируемой конвергенции. В связи с этим крепь КП-4П может без повреждений воспринимать ожидаемую конвергенцию и обеспечивать устойчивое состояние выработок на протяжении предусмотренного проектом времени их эксплуатации. Небольшая прямолинейная часть верхняка позволяет обеспечить нагрузку на крепь, близкую к равномерно распределенной, исключить динамическое нагружение крепи вследствие внезапных обрушений пород кровли, а также ее подрывку. При передвижке привода конвейера лавы в полости штрека от крепи (см. фигуру) "отстегивается " только криволинейная часть верхняка (3), а не снимается весь верхняк как в трехзвенной арочной крепи. Это позволяет снизить трудоемкость работ на сопряжении лавы и время на передвижку забойного конвейера.

Металлическая рамная податливая крепь, содержащая две прямолинейные вертикальные стойки и криволинейный верхняк, соединенные между собой, отличающаяся тем, что верхняк выполнен из двух частей с прямолинейными участками на концах и криволинейными участками, радиус R* которых зависит от проектной площади поперечного сечения S*, учитывающей величину прогнозируемой вертикальной конвергенции высоты прямолинейный стоек h*, длины прямолинейных участков верхняка l* и определяется по формуле