Металлическая рамная податливная крепь "кцло"

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении горных выработок в различных, в том числе сложных горно-геологических условиях, а также для поддержания горных выработок на сопряжениях штрек-лава при снятии стоек крепи для перемещения (задвижки) забойного конвейера; крепь содержит верхняк (1), выполненный с горизонтальным прямолинейным средним участком, сопряженным с двух сторон с криволинейными концевыми участками посредством криволинейных переходных участков, стойки (2), выполненные с криволинейными верхними концевыми участками, и узлы (3) податливости, образованные сопряженными внахлестку криволинейными концевыми участками верхняка (1) и криволинейными верхними концевыми участками стоек (2), выполненными с одинаковым радиусом (R₁) кривизны и скрепленными между собой замками (4); согласно полезной модели, стойки (2) по всей длине выполнены криволинейными с радиусом кривизны, соответствующим радиусу (R₁) кривизны их криволинейных верхних концевых участков, который выбирают по формуле:

где: K₁ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных концевых участков верхняка (1) и криволинейных стоек (2),

K₁=0,87-1,30

В - расстояние между криволинейными стойками (2) у подошвы крепи, мм,

при этом радиус (R₂) кривизны криволинейных переходных участков верхняка (1) выбирают по формуле:

где: K₂ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных переходных участков верхняка (1),

К₂=0,08-0,15;

В - расстояние между криволинейными стойками (2) у подошвы крепи, мм;

высоту (Н) крепи выбирают по формуле:

где: К₃ - коэффициент оптимизации высоты крепи,

К₃=0,56-0,78;

В - расстояние между криволинейными стойками (2) у подошвы крепи, мм;

длину (L₁) горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка (1) выбирают по формуле:

где: К₄ - коэффициент оптимизации длины горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка (1);

К₄=0,34-0,54;

В - расстояние между криволинейными стойками (2) у подошвы крепи, мм;

а длину (L₂) криволинейных стоек (2) выбирают по формуле:

где: К₅ - коэффициент оптимизации длины криволинейных стоек (2), К₅=0,59-0,74;

В - расстояние между криволинейными стойками (2) у подошвы крепи, мм;

технический результат, который достигается при использовании усовершенствованной крепи, заключается в увеличении ее внутреннего пространства для удобного размещения технологического оборудования при одновременном обеспечении высокой несущей способности и расширении возможности существенного усиления крепи путем установки необходимого количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления; 1 н.п. ф-лы;

4 з.п. ф-лы; 4 ил.

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении горных выработок в различных, в том числе сложных горно-геологических условиях, а также для поддержания горных выработок на сопряжениях «штрек-лава» при снятии стоек крепи для перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Из уровня техники известна наиболее близкая к полезной модели по числу общих признаков и достигаемому результату арочная податливая крепь горной выработки «КЦЛ», содержащая верхняк, выполненный с горизонтальным прямолинейным средним участком, сопряженным с двух сторон посредством криволинейных переходных участков с криволинейными концевыми участками, стойки, выполненные с криволинейными верхними концевыми участками, и узлы податливости, образованные сопряженными внахлестку криволинейными концевыми участками верхняка и криволинейными верхними концевыми участками стоек, выполненными с одинаковым радиусом (R₁) кривизны и скрепленными между собой замками /UA 35419 С2 (Кириченко В.Я., Халимендик Ю.М.), 15.10.2003, наиболее близкий аналог - прототип/.

Нижние части стоек выполнены прямолинейными и расположены в соответствии с патентом Украины №18737 С2 под углом 7-11° к вертикали и наклонены внутрь крепи. Длина горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка равна:

A=K₁ ·R₁,

где: K₁ - коэффициент пропорциональности горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка,

К₁=0,364-0,450;

R₁ - радиус кривизны криволинейных концевых участков верхняка, мм.

Криволинейные переходные участки верхняка выполнены с радиусом R₂ кривизны, который равен:

R₂=K ₂·R₁

где: К ₂ - коэффициент пропорциональности прямолинейного участка верхняка,

К₂=0,630-0,463,

R ₁ - радиус кривизны криволинейных концевых частей верхняка, мм.

(Упомянутые выше обозначения коэффициентов и геометрических параметров известной крепи приведены из патента UA 35419 С2 и могут не совпадать с

обозначениями коэффициентов и геометрических параметров заявляемой крепи, приведенными ниже.)

Выполнение в верхней части верхняка горизонтального участка, и выбор упомянутых геометрических параметров переходных участков обеспечивают возможность установки сдвоенных промежуточных стоек временного или постоянного усиления.

Это несколько повышает грузонесущую способность верхняка крепи и обеспечивает возможность использования крепи для поддержания горных выработок в сложных горно-геологических условиях и на сопряжениях штрек-лава при снятии стоек крепи для перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Однако такая крепь не обладает оптимальными геометрическими параметрами и не позволяет обеспечить оптимальное сочетание, как повышенной площади ее поперечного сечения для удобного размещения технологического оборудования внутри крепи, так и ее высокой несущей способности.

Вызвано это тем, что такая крепь имеет не оптимальные геометрические параметры верхняка и стоек, в том числе длину горизонтального прямолинейного среднего участка и радиусы кривизны криволинейных концевых и переходных участков верхняка, форму, длину и радиус кривизны стоек, а также высоту крепи.

В связи с тем, что нижние участки стоек выполнены прямолинейными, расположены под углом 7-11° к вертикали и наклонены внутрь крепи, существенно сужается пространство внутри крепи, а также снижается ее несущая способность, так как прямолинейные участки стоек значительно хуже работают под нагрузкой бокового давления, чем криволинейные.

Кроме того, известная крепь имеет повышенную высоту и ограниченную ширину, обусловленную короткой длиной горизонтального участка верхняка, и не оптимальные длину и радиусы кривизны элементов верхняка и стоек, которые не позволяют сформировать оптимальную форму (обвод) крепи.

Повышенная высота крепи снижает ее вертикальную устойчивость и несущую способность и дополнительно неоправданно увеличивает объем вынимаемых пород.

Недостаточная длина горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка сокращает пространство внутри крепи по ширине, что снижает полезную площадь внутри крепи для рационального размещения технологического оборудования.

Кроме того, недостаточная длина горизонтального прямолинейного среднего участка ограничивает возможности усиления крепи путем установки необходимого количества стоек усиления (временного или постоянного) по ширине крепи для

повышения ее сопротивления горному давлению в сложных горно-геологических условиях эксплуатации, что ограничивает несущую способность крепи.

Технической задачей, на решение которой направлено полезная модель, является усовершенствование геометрической формы крепи путем оптимизации геометрических параметров верхняка, стоек и крепи в целом, в том числе длины горизонтального прямолинейного среднего участка и радиусов кривизны криволинейных концевых и переходных участков верхняка, формы, длины и радиуса кривизны стоек, а также высоты крепи.

Технический результат, который достигается при использовании усовершенствованной крепи, заключается в увеличении ее внутреннего пространства для удобного размещения технологического оборудования при одновременном обеспечении высокой несущей способности и расширении возможности существенного усиления крепи путем установки необходимого количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления.

Техническая задача решается, а технический результат достигается тем, что в металлической рамной податливой крепи, содержащей верхняк, выполненный с горизонтальным прямолинейным средним участком, сопряженным с двух сторон с криволинейными концевыми участками посредством криволинейных переходных участков, стойки, выполненные с криволинейными верхними концевыми участками, и узлы податливости, образованные сопряженными внахлестку криволинейными концевыми участками верхняка и криволинейными верхними концевыми участками стоек, выполненными с одинаковым радиусом R ₁ кривизны и скрепленными между собой замками, согласно полезной модели, стойки по всей длине выполнены криволинейными с радиусом кривизны, соответствующим радиусу R ₁ кривизны их криволинейных верхних концевых участков, который выбирают по формуле:

где: K₁ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных концевых участков верхняка и криволинейных стоек,

K₁=0,87-1,30;

В - расстояние между криволинейными стойками у подошвы крепи, мм, при этом радиус R₂ кривизны криволинейных переходных участков верхняка выбирают по формуле:

где: К₂ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных переходных участков верхняка,

К ₂=0,08-0,15;

В - расстояние между криволинейными стойками у подошвы крени, мм, высоту Н крепи выбирают по формуле:

где: К₃ - коэффициент оптимизации высоты крепи,

К₃=0,56-0,78;

В - расстояние между криволинейными стойками у подошвы крепи, мм, длину L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка выбирают по формуле:

где: К₄ - коэффициент оптимизации длины горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка,

К₄=0,34-0,54;

В - расстояние между криволинейными стойками у подошвы крепи, мм, а длину L ₂ криволинейных стоек выбирают по формуле:

где: K₅ - коэффициент оптимизации длины криволинейных стоек,

К₅=0,53-0,74;

В - расстояние между криволинейными стойками у подошвы крепи, мм.

Приведенные признаки полезной модели являются существенными, так как в совокупности достаточны для решения поставленной технической задачи и достижения технического результата, а каждый в отдельности необходим для идентификации заявляемой крепи.

Эта совокупность общих и отличительных от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется усовершенствованная крепь, неизвестна из уровня техники, является новой и достаточной для всех случаев, на которые распространяется объем правовой защиты.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков крепи, в том числе отличительных при их взаимодействии с общими признаками, в решении поставленной технической задачи и достижении технического результата, заключается в следующем.

В связи с тем, что стойки (боковые) по всей длине выполнены криволинейными с радиусом кривизны, соответствующим радиусу R₁ кривизны их криволинейных верхних концевых участков, который выбирают по формуле R₁=K₁·В (1), обеспечивается повышение несущей способности крепи.

Вызвано это тем, что при действии бокового давления криволинейные участки криволинейных стоек работают более эффективно, чем прямолинейные участки стоек известной крепи.

Выбранный диапазон значений коэффициента K₁ в указанных пределах (K ₁=0,87-1,30) является оптимальным для данной крепи, определен опытным путем и обеспечивает такой радиус R₁ кривизны криволинейных стоек и криволинейных концевых участков верхняка, при которой достигается, как расширение внутреннего пространства крепи, так и повышение ее несущей способности.

Выбор коэффициента K₁ меньше нижнего предела (K₁=0,87) не целесообразен, так как при этом радиус R₁ кривизны криволинейных стоек чрезмерно уменьшается, а внутреннее пространство крепи сокращается.

Выбор коэффициента K₁ больше верхнего предела (K₁=1,30) также не целесообразен, так как при этом радиус R₁ кривизны криволинейных стоек чрезмерно увеличивается, а их форма приближается к прямолинейной, при которой несущая способность крепи уменьшается.

В связи с тем, что радиус R ₂ кривизны криволинейных переходных участков верхняка выбирают по формуле R₂=К₂·В (2) обеспечивается оптимальное сопряжение горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка с его концевыми криволинейными участками.

Выбранный диапазон значений коэффициента К ₂ в указанных пределах (К₂=0,08-0,15) является оптимальным для данной крепи, определен опытным путем и обеспечивает такой радиус R₂ кривизны криволинейных переходных участков верхняка, при котором достигается, как снижение концентраторов напряжений, так и достаточная длина L₃ криволинейных концевых участков верхняка для нормальной работы узлов податливости, а также необходимая длина L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка для обеспечения возможности установки необходимого количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления.

Выбор коэффициента К₂ меньше нижнего предела (К₂=0,08) не целесообразен, так как при этом радиус R₂ кривизны криволинейных переходных участков верхняка чрезмерно уменьшается, что приводит к увеличению концентраторов напряжений при изготовлении верхняка и снижению прочности этих участков и крепи в целом.

Выбор коэффициента К₂ больше верхнего предела (К ₂=0,15) также не целесообразен, так как при этом радиус R₂ кривизны криволинейных переходных участков верхняка чрезмерно увеличивается, что приводит к уменьшению величины податливости в боковых узлах податливости крепи, и уменьшению длины L₁

горизонтального прямолинейного среднего участка, что ограничивает возможность установки необходимого количества стоек усиления.

В связи с тем, что высоту Н крепи выбирают по формуле Н=К₃·В (3), достигается уменьшение высоты крепи по сравнению с известной крепью, что обеспечивает устойчивость криволинейных стоек и необходимую несущую способность крепи и дополнительно снижает объем вынимаемых пород.

Выбранный диапазон значений коэффициента К ₃ в указанных пределах (К₃=0,56-0,78) является оптимальным для данной крепи, определен опытным путем и обеспечивает такую высоту Н крепи, при которой достигается, как повышение несущей способности крепи, так и формирование достаточного пространства для размещения технологического оборудования и персонала внутри крепи.

Выбор коэффициента К₃ меньше нижнего предела (К₃=0,56) не целесообразен, так как при этом уменьшается внутреннее пространство для размещения технологического оборудования и персонала.

Выбор коэффициента К₃ больше верхнего предела (К ₃=0,78) также не целесообразен, так как при этом снижается устойчивость и несущая способность крепи.

В связи с тем, что длину L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка выбирают по формуле L ₁=К₄·В (4), обеспечивается увеличение его длины, что позволяет расширить возможность установки необходимого количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления.

Выбранный диапазон значений коэффициента К₄ в указанных пределах (К₄=0,34-0,54) является оптимальным для данной крепи, определен опытным путем и обеспечивает такую длину L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка при которой достигается, как высокая несущая способность верхняка и крепи, так и необходимое пространство для размещения технологического оборудования и персонала внутри крепи.

Выбор коэффициента К₄ меньше нижнего предела (К₄=0,34) не целесообразен, так как при этом уменьшается пространство по ширине крепи необходимое для размещения технологического оборудования и необходимого количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления.

Выбор коэффициента К₄ больше верхнего предела (K ₄=0,54) также не целесообразен, так как при этом чрезмерно увеличивается длина верхняка, а его прочность существенно снижается.

В связи с тем, что длину L₂ криволинейных стоек выбирают по формуле:

где: К₅ - коэффициент оптимизации длины криволинейных стоек,

К₅=0,53-0,74,

В - расстояние между криволинейными стойками у подошвы крепи, мм, обеспечивается оптимальная длина (L₂ ) криволинейных стоек, при которой достигается их высокая устойчивость и необходимая несущая способность крепи при обеспечении необходимой величины податливости, а также достаточное пространство для размещения технологического оборудования и персонала внутри крепи и дополнительно снижается объем вынимаемых пород.

Выбранный диапазон значений коэффициента К₅ в указанных пределах (К ₅=0,53-0,74) является оптимальным для данной крепи, определен опытным путем и обеспечивает такую длину L₂ криволинейных стоек, а, соответственно и высоту Н крепи, при которой достигается, как повышение несущей способности крепи, так и формирование достаточного пространства для размещения технологического оборудования и персонала внутри крепи.

Выбор коэффициента К₃ меньше нижнего предела (К ₅=0,53) не целесообразен, так как при этом длина L ₂ криволинейных стоек чрезмерно уменьшается, внутреннее пространство для размещения технологического оборудования и персонала сокращается и уменьшается величина податливости крепи.

Выбор коэффициента К₅ больше верхнего предела (К₅=0,74) также не целесообразен, так как при этом длину (L₂) криволинейных стоек чрезмерно увеличивается, а их устойчивость и несущая способность крепи снижается и дополнительно повышается объем вынимаемых пород.

Металлическая рамная податливая крепь имеет и другие отличительные признаки, которые дополняют и характеризуют полезную модель в отдельных случаях его выполнения и используются для улучшения ее технических свойств.

В металлической рамной податливой крепи, согласно полезной модели, длину L₃ криволинейных концевых участков верхняка выбирают по формуле:

где: L₄ - длина узла податливости, мм,

L₄=400-600 мм;

L ₅ - расчетная величина податливости крепи, мм;

L ₅=К₆·Мв,

где: К ₆ - коэффициент вынимаемой мощности пласта,

К ₆=0,5-0,7;

Mв - вынимаемая мощность пласта, мм;

Mв=Mг±Мп;

где; Mг - геологическая мощность, мм,

(+) Мп - присекаемая мощность пустых твердых пород, мм;

(-) Мп - оставшаяся пачка геологической мощности для рыхлых пород, мм,

А - резервная величина податливости крепи, мм;

А=100-150 мм.

В связи с тем, что длину L ₃ криволинейных концевых участков верхняка выбирают по формуле L₃=L₄+L ₅+А (6) дополнительно обеспечивается максимальная величина податливости крепи, исчерпав которую криволинейные стойки упираются в криволинейные переходные участки верхняка.

При этом крепь из податливого режима работы переходит в жесткий режим работы на более удаленном от узлов податливости участке, что расширяет возможности крепи при работе в податливом режиме в сложных горно-геологических условиях.

Выбранные диапазоны значений L ₄ и К₆ в указанных пределах (L ₄=400-600 мм) (К₆=0,5-0,7) являются оптимальными для данной крепи и обеспечивают необходимую величину податливости для эффективной работы крепи в податливом режиме.

Выбранный диапазон значений коэффициента К ₆ в указанных пределах (К₆=0,5-0,7) является оптимальным для данной крепи, определен опытным путем и обеспечивает выбор оптимальной расчетной величины податливости L₅ для максимальной вынимаемой мощности пласта Мв для угольных шахт, например Украины.

Выбор коэффициента К₆ меньше нижнего предела (К ₆=0,5) не целесообразен, так как при этом уменьшается расчетная величина податливости крепи L₅, которой становится недостаточно для эффективной работы крепи в податливом режиме при максимальной вынимаемой мощности угольного пласта Мв.

Выбор коэффициента К₆ больше верхнего предела (К₆=0,7) также не целесообразен, так как при этом чрезмерно увеличивается расчетная величина податливости крепи L₅, что неоправданно увеличивает длину криволинейных стоек и высоту крепи, и, соответственно, снижает устойчивость криволинейных стоек и несущую способность крепи.

Геологическая мощность пласта Мг для угольных шахт, например Украины, составляет, преимущественно, 700-1700 мм.

Присекаемая мощность пустых твердых пород (+)Мп составляет, преимущественно, (+) (1,1-1,3)·Mг.

Оставшаяся пачка геологической мощности для рыхлых пород (-)Мп составляет, преимущественно, (-) (0,2-0,3)·Mг.

В металлической рамной податливой крепи, согласно полезной модели, верхняк на горизонтальном прямолинейном среднем участке выполнен разъемным, состоит из симметрично расположенных относительно вертикальной оси крепи двух составных частей и снабжен узлом податливости, образованным сопряженными внахлестку горизонтальными прямолинейными удлиненными участками составных частей верхняка и скрепленными между собой замками.

Такое выполнение верхняка позволяет увеличить длину горизонтального прямолинейного среднего участка разъемного (составного) верхняка и повышает технологичность его изготовления и транспортировки для больших типоразмеров крепей из горячекатаных профилей стандартной длины (4 м).

За счет этого предоставляется возможность существенного усиления крепи путем установки необходимого дополнительного количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления, что расширяет внутреннее пространство и повышает несущую способность крепи.

Металлическая рамная податливая крепь, согласно полезной модели, дополнительно содержит анкеры, установленные на горизонтальном прямолинейном среднем участке верхняка с помощью подхватов и крепежных элементов.

Установка анкеров на горизонтальном прямолинейном среднем участке верхняка обеспечивает повышение несущей способности верхняка и крепи.

При этом достигается возможность использования крепи для поддержания горных выработок в сложных горно-геологических условиях и на сопряжениях штрек-лава при снятии криволинейных стоек крепи с целью перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Металлическая рамная податливая крепь, согласно полезной модели, дополнительно содержит анкеры, установленные на криволинейных переходных участках верхняка с помощью подхватов и крепежных элементов.

Установка анкеров на криволинейных переходных участках верхняка обеспечивает существенное повышение несущей способности верхняка и крепи.

При этом достигается возможность использования крепи для поддержания горных выработок в особо сложных горно-геологических условиях и на сопряжениях штрек-лава при снятии криволинейных стоек крепи для перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Из уровня техники заявитель не выявил решения, совпадающие с совокупностью общих и отличительных существенных признаков усовершенствованной металлической рамной податливой крепи, в результате чего можно сделать вывод, что заявляемое

техническое решение не является частью уровня техники и соответствует критерию полезной модели «новизна».

В дальнейшем усовершенствованная металлическая рамная податливая крепь поясняется подробным описанием ее конструкции со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображена металлическая рамная податливая крепь с не разъемным (цельным) верхняком.

На фиг.2 изображена металлическая рамная податливая крепь с разъемным (составным) верхняком.

На фиг.3 изображен разрез А-А на фиг.1,2.

На фиг.4 изображен разрез Б-Б на фиг.2.

Металлическая рамная податливая крепь содержит (фиг.1-4) следующие звенья.

Верхняк 1 (фиг.1, 2), выполненный с горизонтальным прямолинейным средним участком, сопряженным с двух сторон с криволинейными концевыми участками посредством криволинейных переходных участков.

Стойки 2, выполненные с криволинейными верхними концевыми участками.

Узлы 3 податливости, образованные сопряженными внахлестку криволинейными концевыми участками верхняка 1 и криволинейными верхними концевыми участками стоек 2, выполненными с одинаковым радиусом R₁ кривизны и скрепленными между собой замками 4.

Стойки 2 по всей длине выполнены криволинейными с радиусом кривизны, соответствующим радиусу R ₁ кривизны их криволинейных верхних концевых участков, который выбирают по формуле:

где: K₁ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных концевых участков верхняка 1 и криволинейных стоек 2,

K₁=0,87-1,30;

В - расстояние между криволинейными стойками 2 у подошвы крепи, мм.

Радиус R₂ кривизны криволинейных переходных участков верхняка 1 выбирают по формуле:

где: К₂ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных переходных участков верхняка 1,

К₂=0,08-0,15;

В - расстояние между криволинейными стойками 2 у подошвы крепи, мм. Высоту Н крепи выбирают по формуле:

где: К₃ - коэффициент оптимизации высоты крепи,

К₃=0,56-0,78;

Б - расстояние между криволинейными стойками 2 у подошвы крепи, мм.

Длину L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка 1 выбирают по формуле:

где: К₄ - коэффициент оптимизации длины горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка 1,

К₄=0,34-0,54;

В - расстояние между криволинейными стойками 2 у подошвы крепи, мм.

Длину L₂ криволинейных стоек 2 выбирают по формуле:

где: К₅ - коэффициент оптимизации длины криволинейных стоек 2,

К₅=0,53-0,74;

В - расстояние между криволинейными стойками 2 у подошвы крепи, мм.

За счет такой оптимизации геометрических параметров верхняка 1, криволинейных стоек 2 и крепи в целом, в том числе длины L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка и радиусов R₁, R ₂, соответственно, кривизны криволинейных концевых и переходных участков верхняка 1, формы, длины L₂ и радиуса R₁ кривизны криволинейных стоек 2, а также высоты Н крепи обеспечивается оптимальная форма усовершенствованной крепи.

При этом увеличивается внутреннее пространство крепи для удобного размещения технологического оборудования при одновременном обеспечении высокой несущей способности и расширении возможности существенного усиления крепи путем установки необходимого количества разнесенных по ширине крепи стоек 8 усиления.

Длину L ₃ криволинейных концевых участков верхняка 1 выбирают по формуле:

где: L₄ - длина узла 3 податливости, мм,

L₄=400-600 мм;

L ₅ - расчетная величина податливости крепи, мм;

L ₅=К₆·Мв,

где: К ₆ - коэффициент вынимаемой мощности пласта,

К ₆=0,5-0,7,

Mв - вынимаемая мощность пласта, мм;

Mв - Mг±Mп,

где: Mг - геологическая мощность, мм;

(+) Мп - присекаемая мощность пустых твердых пород, мм;

(-) Мп - оставшаяся пачка геологической мощности для рыхлых пород, мм;

А - резервная величина податливости крепи, мм;

А=100-150 мм.

За счет этого дополнительно обеспечивается максимальная величина податливости крепи.

Верхняк 1 на горизонтальном прямолинейном среднем участке выполнен разъемным (составным), состоит из симметрично расположенных относительно вертикальной оси крепи двух составных частей 1а, 1б и снабжен узлом 3а податливости, образованным сопряженными внахлестку горизонтальными прямолинейными удлиненными участками составных частей 1а, 1б верхняка 1 и скрепленными между собой замками 4а (фиг.2).

За счет этого предоставляется возможность существенного усиления крепи путем установки необходимого дополнительного количества разнесенных по ширине крепи стоек усиления, что расширяет внутреннее пространство и повышает несущую способность крепи.

Крепь дополнительно содержит анкеры 5, установленные на горизонтальном прямолинейном среднем участке верхняка 1 с помощью подхватов 6 и крепежных элементов (фиг.1-4).

При этом достигается возможность использования крепи для поддержания горных выработок в сложных горно-геологических условиях и на сопряжениях штрек-лава при снятии криволинейных стоек 2 крепи для перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Крепь дополнительно содержит анкеры 5а, установленные на криволинейных переходных участках верхняка 1 с помощью подхватов 6а и крепежных элементов (фиг.1-4).

Это дает возможность использования крепи для поддержания горных выработок в особо сложных горно-геологических условиях и на сопряжениях штрек-лава при снятии криволинейных стоек 2 крепи для перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Кроме этого, выполнение верхняка 1 с удлиненной горизонтальной прямолинейной средним участком дает возможность осуществлять усиление выработки путем дополнительной установки независимых анкеров не связанных с металлическими рамными податливыми крепями (рамами) непосредственно на горизонтальной части

кровли выработки, которые размещают на расчетном расстоянии один от другого и от рам.

Снаружи крепи установлена решетчатая затяжка 7, препятствующая просыпанию породы внутрь крепи.

Для усиления крепи, в том числе для поддержания верхняка 1 на сопряжениях штрек-лава, когда необходимо снять криволинейные стойки 2 для обеспечения перемещения забойного конвейера, может быть установлено необходимое количество разнесенных по ширине крепи стоек 8 усиления.

Примеры выбора геометрических характеристик металлической рамной податливой крепи и коэффициентов для различных ее типов приведены в таблице.

Металлическую рамную податливую крепь возводят следующим образом.

После осмотра забоя и уборки породы по периметру горной выработки производят расчистку мест для установки криволинейных стоек 2.

Криволинейные стойки 2 устанавливают поочередно в лунки, или на опорные плиты на расстоянии В (см. таблицу) друг от друга.

Затем криволинейные стойки 2 скрепляют с ранее установленной предыдущей смежной аналогичной рамой, то есть с аналогичной металлической рамной податливой крепью, с помощью межрамных стяжек (связей) (на чертежах не показано).

Положение криволинейных стоек 2 на опорной плите фиксируют в проектном положении с помощью упоров (на чертежах не показано).

При использовании разъемного (составного) верхняка 1 предварительно производят его автономный монтаж.

Для этого удлиненные горизонтальные прямолинейные участки составных частей 1а и 1б верхняка 1 соединяют внахлестку (на длине примерно 400 мм) и скрепляют между собой замками 4а, в результате чего формируется узел 3а податливости.

После этого производят монтаж неразъемного или разъемного (составного) верхняка 1 на криволинейных стойках 2 (фиг.1, 2).

При этом криволинейные концевые участки неразъемного или разъемного верхняка 1 соединяют снаружи в нахлестку (L ₄=400-600 мм, преимущественно 500 мм) с криволинейными верхними концевыми участками криволинейных стоек 2, выполненными с одинаковым радиусом R₁ кривизны и скрепленными между собой замками 4, в результате чего формируются узлы 3 податливости.

После этого с наружной стороны рамы, то есть металлической рамной податливой крепи, устанавливают решетчатую затяжку 7, препятствующую просыпанию породы внутрь крепи.

Для усиления и повышения несущей способности крепи при ее эксплуатации в сложных горно-геологических условиях, в том числе для поддержания верхняка 1на сопряжениях штрек-лава, или, когда необходимо снять криволинейные стойки 2 для обеспечения перемещения забойного конвейера, может быть установлено необходимое количество разнесенных по ширине внутри крепи стоек 8 усиления.

Для повышения несущей способности крепи при эксплуатации ее в сложных горно-геологических условиях, на горизонтальном прямолинейном среднем участке неразъемного верхняка 1 или составных частях 1а и 1б разъемного (составного) верхняка 1 с помощью подхватов 6 и крепежных элементов дополнительно устанавливают анкеры 5.

Для дальнейшего повышения несущей способности крепи при эксплуатации ее в особо сложных горно-геологических условиях, на криволинейных переходных участках не разъемного верхняка 1 или на составных частях 1а и 1б разъемного (составного) верхняка 1 с помощью подхватов 6а и крепежных элементов дополнительно устанавливают анкеры 5а.

Кроме этого анкеры 5 и 5а обеспечивают поддержание неразъемного (цельного) или разъемного (составного) верхняка 1 на сопряжениях «штрек-лава», когда возникает необходимость демонтажа криволинейных стоек 2 для обеспечения перемещения (задвижки) забойного конвейера.

Металлическая рамная податливая крепь работает следующим образом.

В процессе образования вокруг контура выработки зоны не упругих деформаций происходит всестороннее обжатие крепи нарушенными породами.

Давление пород и боков выработки воспринимается криволинейными стойками 2 крепи.

Давление пород со стороны кровли выработки воспринимается неразъемным или разъемным верхняком 1 крепи, а в случае усиления крепи, также стойками 8 усиления и анкерами 5, 5а..

За счет оптимизации геометрических параметров верхняка 1, криволинейных стоек 2 и крепи в целом, в том числе длины L₁ горизонтального прямолинейного среднего участка и радиусов R ₁, R₂, соответственно, кривизны криволинейных концевых и переходных участков верхняка 1, формы, длины L ₂ и радиуса R₁ кривизны криволинейных стоек 2, а также высоты Н крепи обеспечивается оптимальная форма усовершенствованной крепи.

Это позволяет, в зависимости от формы выработки и горно-геологических условий, обеспечить требуемое геомеханическое равновесие системы «крепь - массив» при работе крепи в податливом режиме.

По мере отработки угольного пласта возрастает давление горных пород на крепь.

При этом происходит проскальзывание звеньев крепи в узлах 3 податливости от действия давления пород со стороны кровли выработки, а также, в какой то мере, в узлах 3а податливости от действия давления пород с боков выработки.

Такое проскальзывание звеньев крепи в узлах 3, 3а податливости, происходит тогда, когда усилия от действия горного давления в указанных направлениях, превышают усилия трения сопрягаемых звеньев в упомянутых узлах 3, 3а податливости.

В результате обеспечивается более равномерное распределение нагрузки от давления пород в звеньях крепи в постоянно меняющихся горно-геологических условиях.

После проскальзывания звеньев крепи в узлах 3, и в какой то мере в узлах 3а податливости, наступает геомеханическое равновесие системы «крепь - массив» в новых условиях.

Основную нагрузку крепь воспринимает со стороны кровли выработки.

При работе в податливом режиме за счет проскальзывания сопрягаемых звеньев крепи в узлах 3 податливости происходит постепенное проседание верхняка 1 относительно криволинейных стоек 2.

Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет исчерпана расчетная величина податливости крепи L₅, а также резервная величина податливости крепи А.

При исчерпании полной податливости (L ₅+А) криволинейные стойки 2 с радиусом кривизны R ₁ упираются в криволинейные переходные участки с радиусом кривизны R₂ верхняка 1 и крепь переходит в жесткий режим работы.

Однако при эксплуатации металлическую рамную податливую крепь до жесткого режима работы практически не доводят.

Для этого крепь усиливают либо стойками 8 усиления, необходимое количество которых размещают по ширине крепи, либо анкерами 5 и 5а, которые устанавливают с помощью подхватов 6, 6а и крепежных элементов.

Усиление выработки может быть осуществлено путем дополнительной установки независимых анкеров не связанных с металлическими рамными податливыми крепями (рамами) непосредственно на горизонтальной части кровли выработки, которые размещают на расчетном расстоянии один от другого и от рам.

Такая крепь пригодна для эксплуатации, как при обычной, так и при более прогрессивной безнишевой схеме отработки выемочного участка.

При этом обеспечивается необходимая устойчивость крепи для поддержания выемочных штреков до подхода лавы, а также при снятии криволинейных стоек 2 крепи, когда осуществляется перемещение (задвижка) забойного конвейера.

Приведенные сведения подтверждают возможность промышленного осуществления усовершенствованной металлической рамной податливой крепи, которая может быть изготовлена промышленным способом на любом предприятии горного машиностроения и может найти широкое применение на угольных шахтах, например Западного Донбасса Украины, и свидетельствуют о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию полезной модели «промышленная применимость».

Перечень обозначений

1. Металлическая рамная податливая крепь, содержащая верхняк (1), выполненный с горизонтальным прямолинейным средним участком, сопряженным с двух сторон с криволинейными концевыми участками посредством криволинейных переходных участков, стойки (2), выполненные с криволинейными верхними концевыми участками, и узлы (3) податливости, образованные сопряженными внахлестку криволинейными концевыми участками верхняка (1) и криволинейными верхними концевыми участками стоек (2), выполненными с одинаковым радиусом (R ₁) кривизны и скрепленными между собой замками (4), отличающаяся тем, что стойки (2) по всей длине выполнены криволинейными с радиусом кривизны, соответствующим радиусу (R ₁) кривизны их криволинейных верхних концевых участков, который выбирают по формуле

где K₁ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных концевых участков верхняка (1) и криволинейных стоек (2),

K₁=0,87-1,30;

В - расстояние между стойками (2) у подошвы крепи, мм,

при этом радиус (R₂) кривизны криволинейных переходных участков верхняка (1) выбирают по формуле

где K₂ - коэффициент оптимизации кривизны криволинейных переходных участков верхняка (1),

K₂=0,08-0,15;

В - расстояние между стойками (2) у подошвы крепи, мм, высоту (Н) крепи выбирают по формуле

где K₃ - коэффициент оптимизации высоты крепи,

K₃=0,56-0,78;

В - расстояние между стойками (2) у подошвы крепи, мм,

длину (L₁) горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка (1) выбирают по формуле

где K₄ - коэффициент оптимизации длины горизонтального прямолинейного среднего участка верхняка (1),

K₄=0,34-0,54;

В - расстояние между стойками (2) у подошвы крепи, мм, а длину (L ₂) криволинейных стоек (2) выбирают по формуле

где K₅ - коэффициент оптимизации длины криволинейных стоек (2),

K₅ =0,53-0,74;

В - расстояние между стойками (2) у подошвы крепи, мм.

2. Металлическая рамная податливая крепь по п.1, отличающаяся тем, что длину (L₃) криволинейных концевых участков верхняка (1) выбирают по формуле

где L₄ - длина узла (3) податливости, мм,

L₄=400-600 мм;

L ₅ - расчетная величина податливости крепи, мм,

L ₅=K₆·Мв,

где К ₆ - коэффициент вынимаемой мощности пласта,

K ₆=0,5-0,7;

Мв - вынимаемая мощность пласта, мм,

Мв=Мг±Мп,

где Мг - геологическая мощность, мм,

(+) Мп - пресекаемая мощность пустых твердых пород, мм,

(-) Мп - оставшаяся пачка геологической мощности для рыхлых пород, мм,

А - резервная величина податливости крепи, мм,

А=100-150 мм.

3. Металлическая рамная податливая крепь по п.2, отличающаяся тем, что верхняк (1) на горизонтальном прямолинейном среднем участке выполнен разъемным, состоит из симметрично расположенных относительно вертикальной оси крепи двух составных частей (1а, 1б) и снабжен узлом (3а) податливости, образованным сопряженными внахлестку горизонтальными прямолинейными удлиненными участками составных частей (1а, 1б) верхняка (1) и скрепленными между собой замками (4а).

4. Металлическая рамная податливая крепь по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит анкеры (5), установленные на горизонтальном прямолинейном среднем участке верхняка (1) с помощью подхватов (6) и крепежных элементов.

5. Металлическая рамная податливая крепь, по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит анкеры (5а), установленные на криволинейных переходных участках верхняка (1) с помощью подхватов (6а) и крепежных элементов.