Податливая крепь с регулируемым сопротивлением
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 0 11/14
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР Q$1 I1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21) 4855064/03 (22) 27.07.90 (46) 30.07.92. Бюл. N 28 (71) Донецкий политехнический институт (72) С.И,Гончаров, В.B.Батуримский, В,Ф.Мартыненко, И.M.Ïîíoìàðåâ и А.Н.Тру нов (56) Авторское свидетельство СССР М 415376, кл. Е 21 0 11/14, 1972. Авторское свидетельство СССР N 1276818, кл. Е 21 0 11/14, 1985, (54) ПОДАТЛИВАЯ КРЕПЬ С РЕГУЛИРУЕМЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ (57) Использование: в горной промышленности, относится к средствам крепления подземных горных выработок, проведенных в слабых породах на глубоких горизонтах, Изобретение относится к средствам крепления подземных горных выработок, проведенных в слабых породах на глубоких горизонтах и подверженных неравномерйому давлению. Известен узел податливости крепи, включающий отдельные элементы из спецпрофиля, соединенные внахлестку и скрепленные хомутами с планками и гайками. Узел содержит ооойму и хомуты, а также силовую пружину, которая установлена между обоймой и верхним профилем крепи и обеспечивает улучшение взаимодействия крепи с породами кровли. например при горном ударе. Недостатком узла податливости является невозможность регулирования его сопротивления, что в условиях неравномерного. Ж,, 1751345 А1 подверженных неравномерному давлению пород. Податливая крепь с регулируемым сопротивлением содержит верх ня к, соста вные боковые стойки, узлы безфрикционного соединения стоек и узлы регулируемого сопротивления, Для повышения эффективности крепи узлы сопротивления дополнительно снабжены устройствами ре- гулирования сопротивления путем изменения диаметра конусного отверстия в матрице. Матрица и стержень установлены между перемычками, закрепленными на смежных звеньях крепи. Использование предлагаемых узлов повышает эффективность крепи, позволяет сократить расходы на поддержание и проведение выработки. 4 ил. давления пород приводит к неравномерному смещению одного из узлов сопротивления крепи, что приводит к перекосу крепи, заклиниванию звеньев Й узлаГ и йх разрушению. В серийных крепях сопротивление в узле податливости равно. 80-100 кН. В известном изобретении предлагается обеспечить сопротивление узла за счет пружины, Однако это невыполнимо, так как пружина, изготовленная из стержня диаметром 40 мм и имеющая внешний диаметр 200 мм. обладает сопротивлением, равным 11,5 кН,что в 7-8 раз меньше требуемого. Таким образом недостатком узла является его малое сопротивление, При малом сопротивлении крепи кровля в выработке обрушится еще до проявления горного давления. 1751345 20 Следовательно; узел сопротивления не эффективен, Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является крепь горных выработок, состоящая из верхняка, плоского или криволинеййого, и составных боковых стоек, соединенньгх внахлестку и скрепленных хомутами с планками и гайками. Верхняя часть стойки выполнена заостренной и содержит скосы-оголовники. Верхняк размещен ниже скосов стоек и соединен со стойками узлом соединения, состоящим из стержня, имеющего тонкую и утолщенную части, и составной разборной фильеры, Верхняя часть стержня, имеющего малый диаметр, закреплена в стойке на уровне скоса с оголовником, На утолщенную часть стержня помещена разборная фильера, на которую опирается концевая часть верхня.ка. Фильера и стержень размещены внутри желоба крепи, выполненного из профиля СВП, Днище профлля обращено к боковым породам. Для фиксации опускания верхняка в желобе профиля крепи установлены ограничители, жестко соединенные со стойками. Для противодействия боковому давлению крепь дополнительно снабжена составными коиволинейными элементами с узлами податливости, выполненными в виде нахлестки концов элементов и скрепления их хомутами с планками . и гайками. Сопротивление узлов податливости криволинейных элементов выше сопротивления в узлах податливости составных стоек, Сап ротлвление в узлах податливости соединения верхняка и составной стойки ниже, чем в узле податливости составной стойки. Веллчина смещения верхняка (податливость верхняка) определяется длиной стержня, проволакиваемого через фильеру, Под влиянием давления пород начинает смещаться верхняк, так как сопротивление в фильере ниже, чем в узлах податливости стоек и криволинейных элементов. После исчерпания податливости в соединениях верхняка =o стойками податливость обеспечивается за счет узлов податливости стоек и криволинейных элементов. При погашении выработки крепь демонтируют с помощью замковых соединений в узлах податливости, боковых стоек и криволинейных элементов, а верхняк отсоединяют от боковых стоек эа счет разборной фильеры. Однако сопротивление крепи в процессе работы в податливом режиме не регулируется. При разном давлении на верхняк концы верхняка смещаются неравномерно, больше смещаться будет тот его конец, который подвергается большему давлению, При неравномерном смещении верхняка произойдет его перекос, что повлечет за собой изгиб стержня с последующим его разрывом, а затем и разрыв фильеры, После разрыва стержня и фильеры крепь теряет работоспособность, что влечет за собой обрушение пород в полость выработки. Недостатком является и то, что смещающиеся породы кровли разрушаются на большую глубину верхними концами стоек с заостренными оголовниками, которые выступают над верхняком крепи на значительную высоту. Разрушенные породы оказывают большое давление на среднюю часть верхняка, который прогибается и при этом изгибает стержень, пропущенный через отверстие на конце верхняка и через фильеру. Изгиб стержня неизбежно приводит к заклиниванию его в фильере, а затем и ее разрыву, Изгиб стержня и разрыв фильеры влекут за собой потерю работоспособности крепи и обрушение пород в полость выработки. Недостатком крепи является и то, что сопротивление податливости в фильере ниже, чем в узлах податливости стоек. При таком условии верхняк быстро смещается, над ним образуется пустота, так как породы зависают, опираясь на концы стоек, выступающие над верхняком, Зависшие породы неизбежно обрушаются, создавая динамические нагрузки на верхняк и на стержень. Под влиянием динамических нагрузок стержень, проволакиваемый через фильеру, неизбежно разрушается, так как в процессе его волочения в нем возникают трещины. При разрушении стержня крепь теряет работоспособность. Таким образом из-за потери работоспособности узла податливости в соединении верхняка со стойками, что является следствием наличия оголовников крепи, разрушающих породы кровли, крепь не может применяться для крепления выработок, проведенных в слабых боковых породах. Кроме этого крепь не может применяться в выемочных выработках, так как ее конструкция не позволяет отсоединять одну стойку от верхняка для передвижки приводной станции конвейера вслед за движущимся забоем лавы, Целью изобретения является повышение эффективности податливой крепи в условиях неравномерного давления и смещения пород путем регулирования величины сопротивления узлов податливости. Поставленная цель достигается тем, что в податливой крепи с регулируемым сопротивлением, включающей верхняк и составные стойки, соединенные в местах 1751345 нахлестки замком в виде хомутов, а также стия 7 определяют величину усилия, при коузлы сопротивления, содержащие стержень тором пустотелый стержень 14 будет прои разборную фильеру, каждый узел снабжен давливаться (штамповаться) через конусное обоймой, внутри которой расположена раз- отверстие 7. Если диаметр стержня 14 равен борная фильера, имеющая регулировочные 5 40 мм, а меньший диаметр конусного отвервинты и установленная внутри профиля стия 7 равен 32 мм, то стержень 14 продавстойки крепи, а стержень выполнен пусто- ливается.через отверстие.7 при усилии 105 телым с радиальными отверстиями и диаф- кН, Усилие штамповки уменьшается до 64 . рагмами, закрепленными на его кН при увеличении диаметра отверстия до поверхности, при этом замок снабжен осью 1 36 мм. с клином и роликами. установленной на хо- Длина стержня 14 соответствует податмутах с возможностью поворота и контакта ливости узла сопротивления 4. В пустотеклина и роликов с внутренней поверхно- лом стержне 14 выполнены радиальные стью профиля стойки крепи. отверстия 15, через которые в полость.пусНа фиг.1 показана податливая крепь 15 тотелого стержня 14 подают смазку 16 для регулируемого сопротивления, общий вид; создания благоприятных условий штамповна фиг,2 — разборная матрица с регулируе- ки стержня 14 через конусное отверстие 7. мым диаметром конусного отверстия, на При отсутствии смазки в условиях обводфиг.3 — разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 — узел ненных подземных выработок поверхность безфрикционного соединения звеньев кре- 20 конусного отверстия 7 и стержня 14 покрывается рх<авчиной, что,нарушает работу узла . Податливая крепь с регулируемым со- регулируемого сопротивления. Возможно противлением содержит верхняк 1, состав- заблаговременное заполнение полости ные стойки из звеньев 2 и 3, податливый стержня14 густой смазкой 16, которая будет узел регулируемого сопротивления 4 и узел 25 выдавливаться через радиальные отверстия 5 безфрикционного соединения звеньев 2 и 15 при штамповке стержня 14 через матри3. Верхняк 1 изготовлен из спецпрофиля цу6, На пустотелом стержне14поегодлине СВП и установлен днищем профиля к поро- закреплены диафрагмы 17, выполненные из де кровли. Податливый узел регулируемого металла толщиной 1-2 мм, препятствующие сопротивления 4 содержит разборную мат- 30 изгибу стержня. рицу 6 с конусным отверстием 7, Разборная На криволинейных участках крепи стерматрица 6 состоит из частей и дополнитель- жень 14 изгибают по кривой, радиус котоно снабжена устройством для регулирова- рой равен радиусу изгиба звеньев крепи в ния диаметре конуснаго отверстия 7, местеустановкирегулируемогоузласопровыполненным в виде обоймы 8 и стяжных 35 тивления, винтов 9 (фиг.2), Форма и размеры обоймы . Параметры узла сопротивления 4 пред8соответствуютформеи размерам внутрен- лагаемой крепи, т.е. сопротивление узла и ней поверхности желоба стойки крепи 3. его податливость, определяют для каждого Матрицу 6 в обойме 8 устанавливают внутри конкретного случая на этапе разработки .. желоба профиля на нижнем звене 3 состав- 40 паспорта крепления выработки; Сопротивной стойки крепи на перемычку 10, также лениеузла4-определяется усилием, необхоэакрепленную внутри желоба стойки 3 с по- димым для штамповки полого стержня 14 мощью электросварки. Перемычка 10 со- через отверстие 7 матрицы 6, Усилие штамдержит отверстие 11 (фиг.3). повки зависит от начального диаметра полоНа торце верхнего звена 2 боковой 45 го стержня 14 и начального диаметра стойки установлена перемычка 12, в кото- конусного отверстия 7. Регулирование усирой.выполнено цилиндрическое углубление лия штамповки стержня 14 через отверстие 13 (фиг.3). В конусное отверстие 7 разбор- 7 осуществляют путем изменения диаметра ной матрицы 6 установлен пустотелый стер- отверстия 7, что достигается за счет вращежень 14, Верхний торец стержня 14 заведен 50 ния винтов 9, Для уменьшения усилия штамвцилиндрическоеуглубление13перемычки повки стержня 14 через отверстие 7 12 (фиг.3), на фигуре показано положение, увеличивают диаметр отверстия, медленно соответствующее началу продавливания пу-. вращая винты 9 на 1/4-1/3 оборота против стотелого стержня 14 через конусное отвер- часовой стрелки, при этом части матрицы 6 стив 7 матрицы 6 под влиянием давления 55 расходятся и диаметр конусного отверстия перемычки 12. Внешний диаметр пустоте- 7 увеличивается. При установке крепи винлого стержня 14 меньше диаметра конусно-. ты 9 завинчивают до отказа, что обеспечиго отверстия 7 в матрице 6. Разница в вает максимальное усилие штамповки величинах диаметра пустотелого стержня стержня 14 через отверстие 7, Величина 14 и меньшего диаметра конусного отвер- максимального сопротивления узла 4 зави1751345 сит ат типа профиля, из которого изготовлена крепь. Если крепь изготовлена из профиля СВП-27, то сопротивление узла 4 не должно превышать 200-250 кН, Соединение составных стоек с образованием узла сопротивления 4 и узла 5 производят в шахтной мастерской. В проходческом забое возведение крепи производят в соответствии с требовани. ями действующей отраслевой инструкции, при этом составные стойки, собранные на поверхности, соединяют с верхняком. Узел безфрикционного соединения звеньев 2 и 3 крепи имеет нахлестку звеньев. Конец одного из звеньев помещен в желоб другого звена. Контакт звеньев осуществляется по площади бортиков профилей (фиг.4). В местах нахлестки концы звеньев 2 иЗ скреплены хомутами 18. Хомут 18 выполйен йз двух замкнутых ветвей стержня, диаметр которого равен 8 — 10 мм. Каждая ветвь хомута 18 со стороны днища профиля 3 содержит ролик 19, взаимодействующий с днищем профиля 3. Замок 20 хо-. мута 18 выполнен в виде клина 21, консольно закрепленного на оси 22, установленной в проушинах 23 хомута 18. Клин 21 выполнен в виде швеллерной балки, снабженной роликами 24, На оси 22 установлены ролики 25 и гайка 26. В случае применения звеньев крепи из профилей разной высоты возможен их контакт по по-. верхностям днищ. В этом случае между днищами профилей помещают роликовую, платформу, которая исключает трение между.днищами. После довинчивания гайки 26 клин 21 ударами молотка устанавливают в горизонтальное поло кение, при этом соединяемые концы звеньев 2, 3 взаимодействуют по контактам бортиков профилей и по контакту роликов 24 и днища профиля крепи 2 (фиг,4). Предлагаемое безфрикционное соединение звеньев крепи обеспечивает надежную работу звеньев. крепи при вертикальных и боковых нагрузках с равномерным их проскальзыванием прй минимальном трении. При установке крепи на слабую почву нижний торец звена 3 стойки выполняют скошенным под углом 10 — 12О. Стойку крепи устанавливают на опору 27, выполненную в виде металлической плиты с наклонной поверхностью под углом 10-12, что обеспечивает прижатие стойки крепи к боковым породам (фиг.1). При погашении выработки крепь демонтируется, при этом вначале снимают стойки крепи, а затем при необходимости разъединяют звенья 2, 3 каждой стойки, По20 крепь. Продолжительность равновесного 25 состояния зависит от конкретных условий и 35 45 тенсивностью штамповки ведут по расхождению торцов звеньев 2, 3 в узле 5. Возможно регулирование интенсивности 50 смещения путем увеличения сопротивления 15 вторно используют матрицы 6, перемычки t2, хомуты 18, клинья 21 и ось 22, Работа предлагаемой крепи в условиях неравномерного давления пород происходит следующим образом. ДавленИе пород через верхняк передается на составную стойку (фиг.1). В узле соединения 5 концы стоек 2.3 свободно проскальзывают, при этом вращаются ролики 25 на валу 22, ролики 24.клина 21 и ролики 19 хомутов 18. Давление смещающейся стойки 2 через перемычку 12 передается на полый стержень 14, установленный в конусное отверстие 7 матрицы 6. Под влиянием давления напряжения в части стержня, находящейся в конусном отверстии 7, повышаются и при достижении предела текучести материала стержня он штампуется через отверстие 7, После штамповки стержня на некоторую величину давление на верхняк крепи уменьшается и штамповка стержня через отверстие 7 прекращается, Наступает состояние равновесия системы породапродолжается от 1-2 дней до 2.— 3 недель. Если процесс штамповки стержня в одном из узлов сопротивления 4 происходит более интенсивно, чем в противоположном, т.е. опускание верхняка 1 крепи происходит неравномерно, с перекосом, что может привести к разрушению узлов 4 и 5, осуществляют регулировку сопротивления одного из узлов, обычно того, в котором процесс штамповки протекает менее интенсивно. Регулировка заключается в уменьшении сопротивления узла 4 путем увеличения диаметра конусного отверстия 7. Для увеличения диаметра конусного отверстия 7 вращают винты 9 против часовой стрелки на 1/2-1/3 оборота, при этом части матрицы 6 расходятся и диаметр конусного отверстия 7увеличивается. Для штамповки стержня 14 через увеличенное отверстие 7 требуется меньшее усилие и поэтому штамповка происходит более интенсивно. Контроль за инузла 4, в котором интенсивность штамповки выше, Достигается это за счет уменьшения диаметра конусного отверстия 7, если до этого его диаметр увеличивали. Уменьшение диаметра конусного отверстия 7 осуществляют путем плавного завинчивания винтов 9. При завинчивании винтов 9 части матрицы 6 сближаются и диаметр конусного отверстия уменьшается. Для штамповки стержня 14 через уменьшенное отверстие 7 1751345 10 требуется большее давление. При действии меньшего давления штамповка стержня прекращается и наступает состояние равновесия. При увеличении давления HB верхняк цикл штамповки стержня повторяется. При 5 штамповке пустотелого стержня 14, заполненного смазкой 16, часть ее выдавливается в конусное отверстие. 7, что обеспечивает . смазку трущихся поверхностей, и процесс штамповки протекает равномерно, без 10 скачков. Таким образом, эа счет снабжения крепи беэфрикционными узлами соединения 5, а также за счет снабжения крепи узлами регулируемого сойротивления 4, смещение 15 звеньев 2 и 3 в узлах сопротивления 5 при . неравномерной нагрузке на раму крепи регулируется, что обеспечивает повышение эффективности крепи, так как звенья крепи и хомуты не разрушаются эа весь период 20 работы. Равномерное смещение звеньев в узлах повышенного сопротивления 5 позво-. ляет проводить выработку с уменьшенной площадью поперечного сечения и в процессе эксплуатации крепь не заменять. Следа- 25 вательно. за счет снабжения крепи регулируемыми узлами сопротивления и за счет снабжения крепи беэфрикционными узлами соединения звеньев эффективность крепи повышается, что уменьшает затраты на проведение и поддержание выработки, Формула изобретения Податливая крепь с регулируемым сопротивлением, выключающая верхняк и составные стойки, соединенные в местах нахлестки замком в виде хомутов, а также узлы сопротивления, содержащие стержень и разборную фильеру, о тл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью повышения эффективности крепи в условиях неравномерного давления путем регулирования сопротивления узлов, каждый узел сопротивления снабжен обоймой для размещения в ней разборной фильеры, при этом обойма имеет регулировочные винты, и установлена внутри профиля стойки крепи, а стержень выполнен пустотелым с радиальными отверстиями и диафрагмами. закрепленными на его поверхности, причем замок снабжен осью с клином и роликами, установленной на хомутах с возможностью поворота и контакта клина и роликов с внутренней поверхностью профиля стойки крепи. 1751345 1751345 Составитель И.Пономарев Техред M. Моргентал Корректор А.Осауленко Редактор Н.Горват Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2672 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
