Монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки

Авторы патента:

E21D11/04 - крепь из строительных материалов (E21D 11/02, E21D 11/14 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2767760:

Вохмин Сергей Антонович (RU)
Галайко Владимир Васильевич (RU)
Бархатов Денис Владимирович (RU)

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению горизонтальных горных выработок в условиях высокого горного давления. Предлагается монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, состоящая из бетонного тела и каркаса, включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода, и арматурные поперечные скобы, с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. Горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса, и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы. Большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь горизонтальной горной выработки. Для вертикальных и горизонтальных арматурных прутов максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и к основанию горизонтальной горной выработки, соответственно. Для арматурных поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи. Для арматурных прутков, установленных по дуге свода в виде полуэллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с радиусом полуэллипса свода горизонтальной горной выработки. Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи горизонтальной горной выработки. 5 ил., 1 табл.

Область техники

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению горизонтальных горных выработок в условиях высокого горного давления.

Уровень техники

Известно устройство крепь шахтного ствола (патент RU 2110689 С1, 10.05.1998, МПК E21D 5/04), включающая несущую железобетонную оболочку, компенсационную оболочку, разделенную ребрами жесткости с образованием вертикальных каналов, заполненных податливым вспененным материалом, анкерные стержни, закрепленные в массиве горных пород и соединенные с несущей железобетонной оболочкой, причем анкерные стержни закреплены в массиве горных пород под острыми углами к стенкам шахтного ствола в вертикальной плоскости и соединены с несущей железобетонной оболочкой гибкими нитями (канатами, стержнями, тросами), размещенными в ребрах жесткости компенсационной оболочки, к анкерным стержням прикреплена сетка временного крепления стенок шахтного ствола.

Недостатком известного устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи горной выработки.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, (Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 91) состоящее из бетонного тела и каркаса включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода и арматурные поперечные скобы, с шагом соответствующим расчетному шагу армирования.

Недостатком наиболее близкого устройства является низкая надежность монолитной железобетонной крепи горной выработки.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи горизонтальной горной выработки.

Указанный технический результат достигается в устройстве монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, состоящем из бетонного тела и каркаса включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода и арматурные поперечные скобы, с шагом соответствующим расчетному шагу армирования, причем горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь горизонтальной горной выработки, для вертикальных и горизонтальных прутков арматуры максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и основанию горизонтальной горной выработки, соответственно, для армируемых поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи, для прутков, установленных по дуге свода в виде полу эллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с радиусом полуэллипса свода горизонтальной горной выработки.

Отличительными признаками являются:

горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, для повышения надежности монолитной железобетонной крепи;

большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь горизонтальной горной выработки, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи;

для вертикальных и горизонтальных прутков арматуры максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и основанию горизонтальной горной выработки, соответственно, что увеличивает надежность крепи с меньшим расходом материалов;

для армируемых поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи, такое направление увеличивает жёсткость каркаса и крепи в целом;

для прутков, установленных по дуге свода в виде полу эллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен с радиусом полуэллипса свода горизонтальной горной выработки, это повышает надежность монолитной железобетонной крепи на своде.

Принцип надежности арматуры состоит в изменении геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом для увеличения момента сопротивления в определенном направлении, а значит, увеличении и надежности конструкции. Момент сопротивления по оси максимальной нагрузки, эллипса с соотношением большой оси к меньшей 1,7 и с площадью равной площади поперечного сечения круга 20 мм, увеличился в 1,281 раза, т.е. на +28,1%, см. табл. Момент сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшился до 0,75 раза или -25%. Суммарные моменты сопротивления по обеим осям увеличились в 1,016 раза, т.е. на +1,6%.

Сравнение заявляемого решения с аналогом и прототипом не выявило в них признаки, заявляемого решения, это позволило сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Краткое описание таблицы и рисунков

В табл. представлена взаимосвязь соотношения величин осей эллипса и круга с моментами сопротивления по разным осям эллипса и круга по данным [3].

На фиг. 1 приведен диметрический вид горизонтальной горной выработки с монолитной железобетонной крепью, включающий: 1 - сечение горной выработки в черне; 2 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси Y; 3 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса по оси Y; 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса; 5 - вертикальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса; 6 – бетонное тело; 7 – сечение горной выработки в свету; 8 - арматурная скоба связывающая ряды каркаса; 9 – большой радиус эллипса свода каркаса; 10 – малый радиус эллипса свода каркаса; 11 – шпур; 12 – анкер закрепленный; 13 – сварное соединение; 14 - арматурный пруток в половину контура эллипса внешнего ряда каркаса; 15 – основание крепи; 16 – боковая поверхность выработки; 17 – свод выработки; 18 - арматурный пруток в половину контура эллипса внутреннего ряда каркаса; 19 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси X; 20 - горизонтальный арматурный пруток внутреннего ряда каркаса по оси X;

На фиг. 2 показан разрез А-А с фиг.1 вертикального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающего: 4 - вертикальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса.

На фиг. 3 показан разрез Б-Б с фиг.1 горизонтального арматурного прутка внешнего ряда каркаса, включающего: 19 - горизонтальный арматурный пруток внешнего ряда каркаса по оси X.

На фиг. 4 показан разрез В-В с фиг.1 арматурной скобы между рядами каркаса, включающего: 8 - арматурную скобу между рядами каркаса.

На фиг. 5 показан разрез Г-Г с фиг.1 арматурного прутка прокатанного в половину контура эллипса, установленного на своде крепи горизонтальной выработки, включающий: 14 - арматурный пруток внешнего ряда каркаса, установленный на своде крепи; 21 - угол пространственного позиционирования арматурного прутка по дуге свода в виде полуэллипса.

Осуществление изобретения

Процесс возведения крепи из монолитного железобетона включает разбивку линий горной выработки в свету 7, сборку и установку арматуры в каркас, устройство опалубки и бетонирование. Подготовку скоб 8 из стальной арматуры выполняют загибанием углов на 90° вокруг продольной оси эллипса арматуры, с предварительным их разогревом в горне кузнецы или газовой горелкой, с расположением большой оси эллипса в плоскости скобы 8. Подготовку арматурного прутка для свода 14 крепи выполняют прокаткой на вальцах. Монтаж линейных отрезков арматурного каркаса, по первому варианту, предварительно выполняют в специализированном шаблоне позволяющем ровно совместить большую ось эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь, и с последующим монтажом общего арматурного каркаса по месту расположения крепи горной выработки, такой монтаж арматурного каркаса повышает несущую способность железобетонной крепи. По второму варианту монтаж арматурного каркаса выполняют по месту расположения, предварительно бурят шпуры 11 устанавливают в них анкеры 12, которые являются основанием для совмещения большой оси эллипса арматуры с максимальными нагрузками на крепь и фиксации в таком положении. Первоначально на анкерах 12 монтируют горизонтальные арматурные пруты внешнего ряда каркаса 2 по оси Y и фиксируют их на сварное соединение 13. Затем устанавливают вертикальные арматурные прутки внешнего ряда каркаса 4 соединяя их с арматурными прутками в половину контура эллипса внешнего ряда каркаса 14 и пространственного позиционирования его по углу 21. Аналогично монтируют горизонтальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 3 по оси Y, вертикальные арматурные прутки внутреннего ряда каркаса 5 и арматурные прутки свода 18. Армируемые поперечные скобы 8 устанавливают с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования. На следующем этапе монтируют каркас на почве выработки в основании крепи 15 фиксируя большую ось эллипса по максимальной нагрузке: горизонтального арматурного прутка внешнего ряда каркаса по оси X 19, горизонтального арматурного прутка внутреннего ряда каркаса по оси X 20 и армируемых поперечных скоб 8. На бетонное тело 6 основания по линии сечения выработки 7 устанавливают вертикальную опалубку и создают бетонное тело 6 боковой поверхности крепи 16 применяя вибрационное уплотнение бетона. Затем аналогично создают бетонное тело 6 свода выработки 16.

Таким образом повышение надежности монолитной железобетонной крепи горизонтальной горной выработки достигают изменением геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом увеличивая момент сопротивления в заданном направлении.

Источники информации

1. патент RU 2110689 С1, 10.05.1998, МПК E21D 5/04;

2. Горно-инженерная графика. М., Недра, Г.Г. Ломоносов, А.И. Арсентьев, И.А. Гудкова и др. 1976, 263 с., с. 91;

3. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; отв. ред. Писаренко Г.С. – 2-е изд., перераб, и доп. – Киев: Наук. думка, 1988. – 736 с. (с.58, 74).

Наименование показателя	Круг, диаметр 20 мм	Эллипс
1. Длина осей. мм	20×20	26,11×15,32
2. Соотношение величин осей	i=1,0	i=1,704
3. Площадь поперечного сечения, см²	3,14	3,140
4. Момент сопротивления по max оси, см³	0,8	1,02496
5. Момент сопротивления по min оси, см³	0,8	0,60147
6. Суммарный момент сопротивления, см³	1,6	1,62643

Монолитная железобетонная крепь горизонтальной горной выработки, состоящая из бетонного тела и каркаса, включающего: горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода, и арматурные поперечные скобы, с шагом, соответствующим расчетному шагу армирования, отличающаяся тем, что горизонтальные арматурные прутки, вертикальные арматурные прутки, арматурные прутки, установленные по дуге свода в виде полуэллипса, и арматурные поперечные скобы выполнены поперечным сечением эллипсовидной формы, большая ось эллипса арматуры совмещена с максимальными нагрузками на железобетонную крепь, для вертикальных и горизонтальных прутков арматуры максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса совмещен с перпендикуляром к боковой поверхности и к основанию горизонтальной горной выработки, соответственно, для арматурных поперечных скоб, связывающих ряды каркаса, максимальный момент сопротивления по большей оси эллипса стального прутка установлен параллельно боковой поверхности крепи, для арматурных прутков, установленных по дуге свода в виде полуэллипса, максимальный момент сопротивления по большой оси эллипса совмещен по радиусам полуэллипса свода горизонтальной горной выработки.

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству, и может быть использовано при устройстве рамных крепей с системой дренажа в обводненных, а также горизонтальных или наклонных выработках. Технический результат – повышение пропускной способности дренажа, управление водным потоком и контроль его скорости, организация единой системы вывода воды из шахтного поля на поверхность.

Пластиковый тюбинг для изготовления внутреннего футляра для ремонта линейного сооружения, способ изготовления футляра и футляр, изготовленный таким способом // 2732906

Изобретение относится к области строительства, а точнее к способам сборки внутреннего футляра для ремонта линейного сооружения, в частности подземных и/или подводных линейных инженерных сооружений. Предлагается пластиковый тюбинг для изготовления внутреннего футляра для ремонта линейного сооружения, способ изготовления футляра и футляр, изготовленный таким способом.

Способ сооружения тоннеля // 2623397

Изобретение относится к строительству, а именно к способам и устройствам, относящимся к проходке тоннелей или выработок в рыхлых горных породах, а именно к созданию защитных металлических экранов из труб преимущественно при проходке различных подземных искусственных сооружений. Способ сооружения тоннеля включает создание защитного экрана в виде пространственной конструкции путем ступенчатого продавливания трубных секций экрана, выемку породы из продавленной секции, вырезку сектора из ее внутренней полости на величину продавливания, установку следующей секции в выполненный вырез, сопряжение с замково-направляющим устройством.

Лотковый блок для чугунной обделки тоннелей метрополитена // 2601822

Изобретение относится к креплению подземных горных выработок, проходимых кессонным способом, а именно к конструкции лотковых блоков для чугунной обделки тоннелей. Технический результат направлен на обеспечение прокладки по лотковым блокам воздуховодов, дренажных труб, кабелей и других коммуникаций, с обеспечением безаварийной их эксплуатации и удобного доступа к ним.

Способ возведения двухслойной крепи горной выработки в соляных и соленосных породах // 2531700

Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению горных выработок и их сопряжений в соляных и соленосных породах, в частности, при сооружении ответственных подземных сооружений, не допускающих образование трещин в бетонной крепи, например водосборников для ненасыщенных солями вод или сопряжений шахтных стволов с подходными выработками и дозаторными камерами.

Способ создания защитного экрана // 2501953

Изобретение относится к строительству, в частности к проходке туннелей или выработок в рыхлых горных породах. Техническим результатом является улучшение санитарно-гигиенических условий работы в секции экрана при одновременном снижении металлоемкости процесса.

Устройство для сопряжения и стыковки стволов подземных сооружений метрополитена // 2474694

Изобретение относится к тюбинговой крепи стволов подземных выработок, проходимых кессонным способом при строительстве метрополитенов. .

Кольцевая секция крепи // 2277172

Изобретение относится к строительным конструкциям, предназначено для крепления выработки в породе и может быть использовано в качестве элементов силовых конструкций коммуникационных коллекторов, шахтных и вентиляционных каналов и т.д. .

Кольцевая секционная крепь (варианты) // 2229604

Изобретение относится к креплению горных выработок в процессе продавливания, разрушения и удаления породы и может быть использовано в устройствах, применяемых для этих целей, в частности кольцевой секционной крепи. .

Тюбинговая крепь // 2229603

Изобретение относится к креплению горных выработок и может быть использовано в устройствах, применяемых для этих целей, в частности в тюбинговой крепи. .

Способ крепления наклонной горной выработки монолитным железобетоном // 2780037

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению наклонных горных выработок в условиях высокого горного давления. Способ содержит формирование бетонного тела с каркасом из арматурных прутков, причем арматурные прутки вдоль наклонной выработки, арматурные прутки поперек основания наклонной выработки, арматурные прутки, перпендикулярные к основанию наклонной выработки, и стальную арматуру по дуге свода наклонной выработки, армируемые поперечные скобы устанавливают с поперечным сечением эллипсовидной формы, длинную ось эллипса арматуры совмещают с максимальными нагрузками на железобетонную крепь наклонной выработки. Для арматурных прутков вдоль наклонной выработки длинную ось эллипса арматуры с максимальным моментом сопротивления выставляют перпендикулярно к боковой поверхности и основанию выработки, а также совмещают с радиусом сегмента окружности свода наклонной горной выработки соответственно. Для арматурных прутков поперек основания и перпендикулярных основанию наклонной выработки длинную ось эллипса арматуры с максимальным моментом сопротивления устанавливают перпендикулярно к основанию и к боковой поверхности наклонной горной выработки соответственно. Для стальной арматуры, установленной по дуге свода в виде сегмента окружности наклонной горной выработки, длинную ось эллипса арматуры с максимальным моментом сопротивления выставляют по радиусу сегмента окружности соответствующего ряда каркаса. Для арматурных прутков вдоль наклонной выработки, установленных в углах основания и боковой поверхности, длинную ось эллипса арматуры с максимальным моментом сопротивления выставляют по диагонали между соответствующими перпендикулярами на эти поверхности. Для армируемых поперечных скоб, установленных на арматурные прутки в каркасе поперек основания наклонной выработки, перпендикулярные к основанию наклонной выработки, и стальную арматуру по дуге свода наклонной выработки, длинную ось эллипса арматуры с максимальным моментом сопротивления выставляют параллельно линии угла наклона горной выработки. Для армируемых поперечных скоб, установленных на арматурные прутки вдоль наклонной выработки, длинную ось эллипса арматуры с максимальным моментом сопротивления выставляют параллельно следу плоскости, проведенной через эту скобу, на боковой поверхности и основании наклонной выработки, а также параллельно касательной в точке выхода радиуса на дугу арматуры, соответственно их расположению. Техническим результатом является повышение надежности монолитной железобетонной крепи наклонной горной выработки. 6 ил., 1 табл.