Способ крепления горной выработки

 

Использование: в горной промышленности , а именно для крепления выработок в сложных условиях больших давлений и смещений породного массива . Сущность изобретения: крепь выполнена замкнутой эллиптической, шестишарнирной. Два шарнира расположены на меньшей оси эллипса, четыре другихна линиях, параллельных меньшей оси эллипса. Отношение величин осей эллипса равно корню квадратному из отношения величин нагрузок по направлению данных осей. Крепь состоит из круговых элементов с большим и меньшим радиусами кривизны. При этом радиусы кривизны элементов и координаты расположения шарниров связаны следующим соотношением: r (tzi-b)i . R ziiCMrsli. Г- 27b-|yT) R 2(a-|xl) |х| |л|ь2-у2 ; а ™ , М где г, R - меньший и больший радиусы кривизны элементов, м; х, у - декартовы координаты расположения шарниров, м; а,Ь - меньшая и большая 5 полуоси эллипса, м; - коэффициент бокового распора. 5 ил. N Ё

СОЮЗ С08ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (L9) (I I j (sg)s Е 21 D 11/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ липса равно корню квадратному из отношения величин нагрузок по направлению данных осей. Крепь состоит из круговых элементов с большим и меньшим радиусамй кривизны. При этом радиусы кривизны:элементов и координаты .расположения шарниров связаны следующим соотйошением х +(!у1-Ь) . у +(1х(-а)

2(Ь- (у ), 2(а-1х1)

Ix(= — Ь -у, a=b+Q g(1; а

Ь ю

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ .

ВЕДОМСТВО СССР. (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4875546/03 (22) 22. 10.90 (46) 30.11.92. Бюл. У 44 (71) Московский горный институт (72) А.Н.Воробьев (56) Справочник по креппению горных выработок. Гелескул И.Н. и др. И.:

Недра, 1972, с. 75-76, рис. 42.

Там же, с. 76-79, рис. 43. (54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ (57) Использование: в горной промышленности, а именно для крепления выработок в сложных условиях больших давлений и смещений породного масси" ва. Сущность изобретения: крепь выполнена замкнутой эллиптической, шестишарнирной. Два шарнира расположены на меньшей оси эллйпса, четыре другихна линиях, параллельных меньшей оси эллипса. Отношение величин осей элИзобретение относится к горной промышленности, а именно к креплению выработок податливыми крепями в сложных условиях большого горного давления и его неравномерности.

Известен способ крепления горной выработки, включающий шарнирное соединение элементов с образованием круглого сечения.

Недостатком такого способа является малая надежность крепления при неравномерном горном давлении.

Ь а=, >1, 5 где r, R — меньший и больший радиусы кривизны элементов, м; х, удекартовы координаты расположения шарниров, м; а,Ь вЂ” меньшая и большая полуоси эллипса, м; Ъ - коэфФициент бокового расаора. 5 ил.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ крепления горной выработки,. включающий возведение рамы из шарнирно соединяемых между собой элементов с образованием замкнутого 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 слож1УУЗЗ11 ных 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- 1ð ментов с образованием замкнутого эллиптического сечения с большей осью по направлению большего горного давления, с расположением двух шарниров на меньшей оси эллипса, эллиптическое сечение образуют из шести шарнирно соединяемых элементов, двух большей и четырех меньшей кривизны, при этом отношение величин осей элПлипса принимают равным корню квадрат- 2п наму 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: ЗО ного давления.

9,=--=> Pg=9 Р

Рр

Р

Ь а= — а=> ÚÚ 1

9 9 где r9R — меньший и больший радиусы кривизны элементов, м; 4О а,Ь - меньшая и большая полуоси эллипса, м; х,y - декартовы координаты расположения шарниров, м;

% - коэффициент бокового распо- 15 ра.

Иа Фиг. 1 показана расчетная схема крепи при преимущественном âåðтикальном давлении; на Фиг. 2 - то же„ при преимущественном горизонтальном давлении; на фиг. 3 - при преимущественном давлении под углом ,к горизонтальной и вертикаль юй осям :сечения крепи; на Фиг. 4 и 5 - расчет ные схемы крепи.

Способ осуществляется следующим образом.

В забой, выработки доставляются элементы 1, которые соединяют между если

2а а ГР 1 b >1=> -" = - = — = -" =)а=-2Ь Ь 1 Р,У

Возводимая конструкция крепи является геометрически изменяемой. Устойчивость системы возможна только в случае обеспечения отпора со стороны пород. Выполнение крепи в виде эллип55 са теоретически обеспечивает безмоментность конструкции. Однако практически из-за несоответствия дейстз вительной эпюры нагрузки принятой и хг+((,! Ь} г уг (х(э}г

1=

2 (Ь- f yj ) 2 (а-j х }

b --y2,в=-b<%(=) h 6 1; а

Ь собой посредством шарниров 2 с образованием замкнутого эллиптического сечения. Количество элементов 1 на одну раму равно шести, количество шарниров 2 тоже равно шести. Элементы выполняют иэ прокатного профиля изогнутыми по дугам окружностей, При этом два элемента 1 выполняют большей кривизны и устанавливают выпуклостью по направлению наибольше-. го горного давления, четыре элемента выполняют меньшей кривизны и устанавливают по направлению меньшего горВ качестве расчетной нагрузки принято загружение конструкции взаимоперпендикуяррными постоянными силами горного давления: Рк - нагрузка на кровлю и почву выработки, ИПа;

Р - боковая нагрузка на крепь9 ИПа, В силу этого при Р„> Р эллипс вытянут по направлению Р (Фиг. 1,3), при Pg 7 Р - по направлению Р ) (фиг. 2).

Общепринято называть коэффициентом бокового распора Я отношение боковой нагрузки к нагрузке на кровлю: выработки, т.е.

В силу принятых обозначений большая ось эллипса равна 2Ъ, а малая2а 4

Иэвестно9 что для безмоментности (рациональности) крепи, отвечающей лучшим условиям ее работы и обеспечивающим наибольшую несущую способность, необходимо, чтобы оси эллипса относились друг к другу как корень квадратный из отношения нагрузок на крепь выработки, т.е. если

А<1=> — = - = — =)а= в=Ь Ь"; (2)

2а а Рб Ь Ь Р

1778311 некоторого отличия очертания от эллиптического, из-за постоянства кривизны по участкам, моменты в конструкции возникнут. Кроме того, при неустаыовившемся горном давлении неизбежны смещения породного массива.

Расположение шарниров в соответствии с заявленным техническим решением обеспечивает с одной стороны устранение в конструкции изгибающих моментов, что повышает ее несущую способность, с другой стороны -. обеспечивает ее податливость за счет поворо-. та элементов в шарнирах и их смеще- 15 ний.

Податливость крепи исчерпается, когда шарниры 2 на малой оси эллипса сместятся до вмеща(ощих пород (на фиг. 1"-3 показано пунктиром). 20

Для достижения хорошей деформируемости забутовки закрепленного пространства оно заполнено карбамидным пенопластом, сжимающимся в первоначальный период под нагрузкой 100 Па с нарастанием . до 0,4 ИПа. . Два элемента 1 крепи, устанавливаемые выпуклостью в сторону большей нагрузки, имеют соответственно..меньший радиус - кривизны r, чем четыре 30 других элемента, устанавливаемые выпуклостью в сторону меньшей напрузки Б. (фиг. 4).

Радиусы кривизны элементов приня: ты постоянные, что облегчает их изготовление. формулы для определения зависимостей между радиусами. кривизны элементов и координатами расположения четырех шарниров вне малой оси эллипса получены следующим образом. уг+(/z/) a) г

2 (a-/х/ ) хг+(/ у(-b) г

М °

2(Ь- Iyf ) 5 При проектировании крепи ее податливость регулируется величиной за.крепного пространства со стороны боковых элементов и координатами х, у расположения шарниров вне малой оси эллипса.

Соотношение между величиной необходимой податливости крепи b, и боковой податливостью Д получено следующим образом (фиг. 5), х,y - координаты расположения шарнира, соединяющего, элементы большей и меньшей кривизны, связанные между собой соотношением (3). Податливость крепи Д назначается в зависимости от ожидаемых смещеО ний породного массива.

Считаем, что при опускании íà величину Д элементов меньшего радиуса . кривизны за счет поворота вокруг шарниров элементы большого радиуса кри визны смещаются без Деформаций на величину Д .

Хорда 1 до смещения и после имеет одну и ту же величину (фиг. 5), поэтому можно записать уг+(а-/zI ) =(y-Д)г+((а-/х/)+Д )г=

+УР+(а-/х/) +2(a-/х/) + Д

55 (6), Считаем, что координаты у расположения шарниров вне малой оси эллипса известны (фиг. 4). Эти координаты назначаются из удобства монтажа элементов и s. соответствии с необходимой податливостью.

При этом места расположения шарниров получаются как точки пересече;ния окружностей радиуса г и R, -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 XY следующей зависимостью: хг у2 — + -- =1= 1х = — b ó (3) аг Ьг Ь

На фиг. 4 видно, что окружности меньшего радиуса z смещены относительно начала координат "0" на величину (Ь-г), а большего радиуса R— на величину (R-a) . Переходя к системе координат ХУ, уравнения окружностей получат следующий вид:

K2+(f yf -b-r) =r>; (/ x/+R-а) +у =Кг

Считая х, у, а, Ь заданными, решим систему (4). относительно радиу-, сов кривизны r и R: х + (j yj -b)+r) г =гг =) z2 4 (/ у -b) г +

+2(fyI-b) r+r2=r ; (/x/-a+R) г+уг=В.г =) (/х/-а) г+2(jx/-а)Н т, .R+y г +р г =R>

Отсюда получим

Решая квадратное уравнение относительно Д получим

I (з /

Пример. Рассмотрим пример расчета при следующих исходных данных:

1778311

22+(1 732- 2)2 ---" - =7 б м

2 (2-1, 732) Задаваясь величиной необходимой податливости крепи =0,3 м, по фор:муле (б) найдем боковую податливость д(6 = -(2-1,732)+,73 ) (= -0,268+ 0,0710+1,2 =0,86 м,3 утическое сечение образуют из шести шарнирно соединяемых элементов - двух б(зльшей и четырех меньшей кривизны, при этом бтношение величин осей эллипса принимают равным корню квадратному из отношения соответствук)щих сил горного давления, причем по направлению большего горного давления устанавливают два элемента большей

:кривизны, а по направлению меньшего " четыре элемента меньшей кривизны, а

,радиусы кривизны элементов и координаты расположения четырех шарниров вне меньшей оси эллипса определяют из следующих соотношений

x2+(1у1-Ь) 2 y2+((xI-a) 2

r =- — - —-- R= — — ---- —2(Ь-1У1) 2(а-}xl ) а

)xl = — b -у ; а=ЬД<=>Я<1; а= -- (=) 9. >1, Ь

47 гдегиК"

40 аиЬ45

5= -0,25; b. 4 и из (2) =) а=2 и;

2 1

/у/ =2м =) из (2) /х/ = q 16-4=1, 732 и

З, Радиусы кривизны элементов вычисляем по формулам (5) 1 732+(2-4) 2 = - -2 -- -"- =1,75 м

Конструкция шарниров 2 в изобрете-. нии не разрабатывалась, т.к. она за"

15 висит от материала и сечений элементов 1, .При преимущественном действии гор"II ного давления под углом ()о к горизонтальной оси целесообразно сечение за20 явленной крепи повернуть на данный

1 угол (фиг. 3), При этом все изложенное ранее остается в силе, "1

Замкнутое 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, выполнякщий функцию обратного свода.

Формула изобретения

Способ крепления горной выработки, включающий возведение рамы из шарнирно соединенных между собой элементов с образованием замкнутого эллиптического сечения с большей осью по направлению б(большего горного давления с расположением двух шарниров на меньшей оси эллипса, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности крепления при неравномерном орнои;давлении, эллип" соответственно меньший и больший радиусы кривизн ны элементов, и;

coQTBeTcTBeHHo меньшая и! большая полуоси эллипса, м; декартовы координаты рас положения шарниров, м;

1 коэффициент бокового pac* пора.

17783! !

1778311 аг,З

Составитель А. Воробьев редактор 3. Ходакова Техред И.Иоргентал Корректор Н.Король

Заказ 4172 Тираж .. Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101