PL225480B1 - Obudowa podporowa łukowa z kształtowników korytkowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest obudowa podporowa z kształtowników korytkowych, które są powszechnie stosowane w kopalniach podziemnych, tunelach i innych wyrobiskach podziemnych dla zabezpieczenia wielkości przekroju użytkowego oraz stateczności całego wyrobiska chroniącej przed zawaleniem.

Projektowanie wyrobisk podziemnych o zadanej funkcji i wynikających z nich gabarytów może być realizowane za pomocą różnorodnych kształtów na obwodzie z których wykonywana jest obud owa wyrobiska.

Powszechnie zastosowanie ma kształt kwadratowy i prostokątny, który pozwala uzyskać opt ymalne gabaryty dla zadanego wyposażenia wyrobiska. Równie często są projektowane i wykonywane kształty kołowe lub łukowe, które mają korzystne rozkłady naprężeń wokół wyrobiska.

Przy projektowaniu obudowy podporowej łukowej z kształtowników korytkowych o przekroju otwartym istotny jest kształt obudowy i tym samym wyrobiska, rozmieszczenie łuków, rozmieszczenie zakładek łuków, gdzie kształtowniki są w przekroju podwójne, rozmieszczenie strzemion łączących łuki na złączach, powiązanie obudowy między sobą na długości wyrobiska i wiele innych czynników. Należy stwierdzić, że dobór tych wszystkich elementów konstrukcyjnych nie może być przypadkowy, gdyż konstrukcje mogą być zaprojektowane w sposób niebezpieczny i nieefektywny, prowadzący na przykład do nagłego zniszczenia, zużycia dużej liczby materiałów, dużej pracochłonności wykonania.

Rozwiązanie obudowy podporowej łukowej z kształtowników korytkowych musi być rozpatrywane jako zagadnienie przestrzenne. Przy złej lub niedostatecznej stabilizacji obudowy nawet najbardziej wytrzymałe odrzwia ulegną zniszczeniu przez wyboczenie z płaszczyzny obciążenia obudowy lub przez wyboczenie pojedynczego elementu. Konstrukcja obudowy powinna być ukształtowana tak, aby przyjmować różnokierunkowe obciążenia, a przy trwałej deformacji nie ulegać nagłemu zniszczeniu w krótkim czasie.

Dla kwadratowego kształtu wyrobiska występują wysokie naprężenia w narożach w górotworze, a w obudowie wysokie momenty zginające. Przy zmianie kształtu na prostokątny i sztywnej obudowie ramowej wysokie momenty występują zarówno w przekroju osiowym jak i w narożach. Takie zachowanie się obudowy wymaga jej specjalnego wzmocnienia, które przy złym rozwiązaniu jak np. dla obudowy ŁPS prowadziło do niszczenia łącznika kątowego i zagrożenia do zawału wyrobiska. Przejście na kształt łukowy spłaszczony wyrobiska zbliżony do prostokąta np. w odrzwiach obudowy ŁPrP jak w katalogu Huty Łabędy przy małych promieniach łuków w narożu wyrobiska i dużym promieniu w osi odrzwi występują momenty zginające powodujące rozginanie słabego pojedynczego kształtownika na łuku narożnym i prostowanie łuku o dużym promieniu w osi odrzwi obudowy.

Przy niewłaściwym położeniu złącz łuków dochodzi do pierwszych zsuwów przy małych siłach, co prowadzi do rozwarstwienia się górotworu i zwiększonego obciążenia.

Poprawę zachowania się obudowy o kształtach prostokątnych spłaszczonych próbowano dok onać w konstrukcji odrzwi ŁPrw, jak w katalogu Huty Łabędy, jednak uzyskano ją stosując specjalne wzmocnienie stropnicy zwiększające znacznie masę odrzwi jak również liczbę jej elementów. W innych rozwiązaniach np. według patentu polskiego PL 197 046 spłaszczona obudowa łukowa podporowa ma łuk ociosowy, który na swojej długości ma odcinek prosty i odcinek łukowy gięty trzema pr omieniami tak, że stosunek promienia środkowego do promienia skrajnego wychodzącego od prostki ma stałą wartość równą 0,2 niezależnie od szerokości odrzwi, a stosunek promienia środkowego do promienia na odcinku zakładki z łukiem stropowym maleje wraz z wzrostem szerokości odrzwi od wartości granicznej 0,75. W innym rozwiązaniu odrzwi obudowy ŁPKO zbudowanej na bazie łuków ociosowych obudowy ŁP trzyczęściowej uzyskuje się spłaszczony kształt z prostym odcinkiem części środkowej w rejonie osi, gdzie obudowa ma złącze łuków stropnicowych. Rozwiązanie takie jest niekorzystne, gdyż przy obciążeniu pionowym obudowa ulega szybkiej deformacji wskutek występowania dużej wartości momentu zginającego osi odrzwi. W trudnych warunkach geologiczno - górniczych rozwiązanie wymaga dodatkowego wzmocnienia, jak to rozwiązano w polskim wynalazku PL 188 929. W rozwiązaniu według zgłoszenia wynalazku polskiego P.392 844 obudowa łukowa podporowa spłaszczona z łukami stropnicowymi i ociosowymi giętymi na swojej długości dwoma promieniami, ma kształt odrzwi z łukami ociosowymi i giętymi małym i dużym promieniem i łukami stropnicowymi gięt ymi małym i dużym promieniem w istocie wynalazku ma promień mały narożny na kącie narożnym i łukami giętymi promieniem dużym na kącie części stropnicowej i na kącie ociosowym części ociosowej, których zakres wyznaczają linie kierunkowe wyprowadzone z wykreślonego deltoidu, w osi odrzwi,

PL 225 480 B1 którego stosunek długości przekątnej pionowej do poziomej zawarty jest w przedziale 1,5 do 2,5, a stosunek wielkości kąta między ramionami krótszymi deltoidu do wielkości kąta między ramionami dłuższymi zawiera się w przedziale 6 do 4, przy czym wartość kąta narożnego którym jest gięty łuk w narożu odrzwi obudowy jest równy różnicy połowy wielkości kątów deltoidu, kąta przy ramionach krótszych i kąta przy ramionach dłuższych, (γ=β/2-α/2), a łuk kąta ociosowego dochodzącego do linii spodku odrzwi gięty promieniem dużym ma zakres wyznaczony liniami kierunkowymi krótszych ramion deltoidu oraz linią spodku wyrobiska. Uwzględniając doświadczenia praktyczne, dociekania teoretyczne, obliczenia wytrzymałościowe, badania stanowiskowe można implikować korzystne rozwiązania, które zapewnią obudowie o kształcie łukowym zbliżonym do prostokąta, która w stosunku do znanej obudowy łukowej typu ŁP powszechnie stosowanej uzyska porównywalne dla niej parametry wytrzymałościowe, zużycie materiałów, korzystne zachowanie się przy obciążeniu niszczącym, podatną pracę odrzwi dzięki złączą z narastającą podpornością wraz z zsuwem na złączach przy korzystnej deformacji odrzwi pozwalając zachować jej wysoką funkcjonalność.

Obudowa podporowa łukowa z kształtowników korytkowych o obrysie prostokątnym według wynalazku ma w części górnej stropnicowej w osi odrzwi o obrysie prostokąta łuk wzmocniony złożony w przekroju z dwóch kształtowników i ma łuk wzmocniony złożony w przekroju z dwóch kształtowników w narożu obudowy o obrysie prostokąta, gdzie kąt narożny α między osią naroża a osią pionową odrzwi zależny od wysokości i szerokości obrysu prostokąta zawiera się w przedziale wartości 45° ± 15°, przy czym długość odcinka łuku narożnego o przekroju z dwóch kształtowników jest dwa do czterech razy większy od długości odcinka z podwójnym przekrojem w górnej części obudowy, a promień gięcia łuku narożnego jest większy minimum 12 razy od wysokości przekroju kształtownika korytkowego, a promień krzywizny łuku górnego wzmocnionego stropnicowego jest większy dwa do cztery razy od promienia łuku narożnego.

Obudowa ma między łukami wzmocnionym w części górnej stropnicowej giętych promieniem dużym i łukami w części narożnej gięte na długości promieniem narożnym obudowa ma łuki przejściowe gięte na długości jednym lub dwoma promieniami przejściowymi Rp1, Rp2 o wartościach pośrednich między promieniami Rd i Rn. Obudowa ma w części górnej stropnicowej dwa łuki stropnicowe z zakładką złożoną z dwóch kształtowników, a część wzmocniona w narożu stanowi zakładka łuku stropnicowego i łuku ociosowego, przy czym w części górnej stropowej zakładka łuków jest skręcona, co najmniej trzema strzemionami, a zakładka w narożu łuków jest skręcona dwoma strzemionami, przy czym za zakładkami w odległości maksimum do 300 mm są budowane wzmocnienia przekroju kształtownika obejmujące jego obwód przy połączeniu z rozporami.

Obudowa ma w części górnej stropnicowej pojedynczy łuk wzmocniony łukiem nakładkowym, a w części narożnej ma łuk narożny wzmocniony łukiem nakładkowym przy czym łuk narożny jest połączony zakładkowo z łukiem stropnicowym i ociosowym na zakładkach połączonych, co najmniej dwoma strzemionami, przy czym nakładki na łukach są łączone z łukami strzemionami pełniącymi równocześnie funkcję rozpór, dla łuku stropnicowego minimum trzech strzemion z rozporami, dla łuku narożnego minimum dwóch strzemion z rozporami.

W rozwiązaniu wynalazku obudowa podporowa z kształtowników korytkowych, rozwiązano zagadnienie ukształtowania konstrukcji obudowy z wzmocnieniem miejsc najbardziej wytężonych w części stropowej i w narożach wyrobiska, uzyskania wysokiej podporności obudowy przy zsuwie przez konieczność przemieszczenia się po promieniach przejściowych różnych od promieni w narożu i w części stropowej, zapewniono wysoką wytrzymałość obudowy przez jej stabilizację przestrzenną na odcinakach wzmocnionych, co zapewnia jej prawidłową pracę przy dużym wytężeniu zbliżonym do niszczącego.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia obudowę według schematu ogólnego na obrysie prostokąta z wzmocnionymi łukami nakładkowymi, fig. 2 przedstawia konstrukcję obudowy, gdzie łuki stropnicowe tworzą na swojej zakładce wzmocnienie części górnej obudowy, a łuki ociosowe ze stropnicowymi na swojej zakładce tworzą wzmocnienie naroża obrysu prostokąta, fig. 3 przedstawia rozwiązanie obudowy gdzie przez podział łuków stropnicowych z nakładką i łuku narożnego z nakładką połączenie jest na łukach o promieniach przejściowych oraz na łuku ociosowym. Wzmacniające zakładki łuków w przekrojach najbardziej wytężonych są wykonane w części stropnicowej 3,4 symetryczne do osi 1 i w narożu obrysu prostokąta 2 o wys okości W i szerokości S odpowiadającej gabarytom obudowy jako łuki 5,6 z osią narożna 7 będącą pod kątem 45° ± 15°. Promień gięcia łuków narożnych jest większy co najmniej 12 razy od wysokości kształtownika korytkowego co powoduje, że w obudowie nie występują wysokie naprężenia własne.

PL 225 480 B1

W zakładkowym rozwiązaniu obudowy łuki stropnicowe 8 tworzą na zakładce wzmocnienie nakładką 4, a w narożu na zakładce łuku stropnicowego 8 z ociosowym 9. Zakładka łuków stropnicowych jest skręcona strzemionami 10 w liczbie minimum 3 sztuk, a zakładka w narożu jest skręcona minimum za pomocą dwóch strzemion 11. Za złączami w odległości do 300 mm od końców obudowa ma wzmocnienia 12 przekroju kształtownika obejmujące jego obwód przy połączeniu z rozporami. W rozwiązaniu obudowy, gdzie przez podział łuków stropnicowych 3, z nakładką 4 i łuku narożnego 5 z nakładką 6 połączenie jest na łukach o promieniach przejściowych Rp1 i Rp2 oraz na łuku ociosowym 9 połączenie łuków ma na złączach dwa strzemiona 13, a łuki nakładkowe 4 są skręcone z łukiem stropnicowym trzema strzemionami 14 pełniącymi równocześnie funkcję rozpór, a nakładka 6 w narożu jest skręcona dwoma strzemionami 14 pełniącymi równocześnie funkcję rozpór.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Obudowa podporowa łukowa z kształtowników korytkowych o obrysie prostokątnym, znamienna tym, że ma w części górnej stropnicowej w osi (1) odrzwi o obrysie prostokąta (2) łuk wzmocniony (3,4) złożony w przekroju z dwóch kształtowników i ma łuk wzmocniony złożony w przekroju z dwóch kształtowników (5, 6) w narożu obudowy o obrysie prostokąta (2), gdzie kąt narożny α między osią naroża (7) a osią pionową odrzwi (1) zależny od wysokości W i szerokości S obrysu prostokąta (2) zawiera się w przedziale wartości 45°±15°, przy czym długość odcinka łuku narożnego (5, 6) o przekroju z dwóch kształtowników jest dwa do czterech razy większy od długości odcinka z podwójnym przekrojem (3, 4) w górnej części obudowy, a promień gięcia łuku narożnego Rn jest większy minimum 12 razy od wysokości przekroju kształtownika korytkowego, a promień krzywizny łuku górnego wzmocnionego (3, 4) stropnicowego Rd jest większy dwa do cztery razy od promienia łuku narożnego Rn.

2. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że między łukami wzmocnionym (3, 4) w części górnej stropnicowej giętych promieniem dużym Rd i łukami (5, 6) w części narożnej giętej na długości promieniem narożnym Rn, obudowa ma łuki przejściowe gięte na długości jednym lub dwoma promieniami przejściowymi Rp1 , Rp2 o wartościach pośrednich między promieniami Rd i Rn.

3. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że w części górnej stropnicowej są dwa łuki stropnicowe (8) z zakładką złożoną z dwóch kształtowników, a część wzmocniona w narożu stanowi zakładka łuku stropnicowego i łuku ociosowego (9), przy czym w części górnej stropowej zakładka łuków jest skręcona co najmniej trzema strzemionami (10), a zakładka w narożu łuków jest skręcona dwoma strzemionami (11), przy czym za zakładkami w odległości maksimum do 300 mm są budowane wzmocnienia przekroju (12) kształtownika obejmujące jego obwód przy połączeniu z rozporami.

4. Obudowa według zastrz. 1, znamienna tym, że ma w części górnej stropnicowej pojedynczy łuk (3) wzmocniony łukiem nakładkowym (4), a w części narożnej ma łuk narożny (5) wzmocniony łukiem nakładkowym (6) przy czym łuk narożny jest połączony zakładkowo z łukiem stropnicowym (3) i ociosowym (9) na zakładkach połączonych, co najmniej dwoma strzemionami (13), przy czym nakładki (4, 6) na łukach są łączone z łukami strzemionami (14) pełniącymi równocześnie funkcję rozpór, dla łuku stropnicowego minimum trzech strzemion (14) z rozporami, dla łuku narożnego minimum dwóch strzemion (14) z rozporami.