SU1714150A1

SU1714150A1 - Рамна усиленна крепь

Info

Publication number: SU1714150A1
Application number: SU894744694A
Authority: SU
Inventors: Гарри Григорьевич Литвинский
Original assignee: Коммунарский горно-металлургический институт
Priority date: 1989-10-02
Filing date: 1989-10-02
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к горному делу и мбжет быть использовано при креплении горных выработок в гтроцессе их сооружени и эксплуатации. Цель изобретени - снижение материалоемкости и трудоемко- стии возведени крепи за счет повышени ее равнопрбчности и упрощени элемента усилени . Дл этого оснащают элемент двум опорными вставками 9, которые устанав- лива^от между прикрепленным посредствомсоединительных узлов к боковым стойкам верхн ком 2 и отрезк'ом спецпрофил (СП) 4. Вставки 9 дел т СП 4 на равные по длине части. К верхн ку 2 СП 4 прикреплен с помощью скоб 5, планок 6 и нат жных гаек 1. Кромки СП 4 совмещены с участками нулевых изгибающих моментов в крепи. Между гайками 1 и планками 6 размещены от- тарированные на усилие N предварительного напр жени крепи разрезные пружинные шайбы 8. В процессе монтажа с помощью элемента усилени 'путем зат жки гаек 7 и сжати пружинных шайб 8 в раме крепи создаетс предварительное напр жение N ,= 3WRr\ где W - осевой момент сопротивлени сечени верхн ка 2, см ; R - расчетное сопротивление на изгиб материала верхн ка, кг/см^; I - длина отрезка СП, см, которое приводит к образованию по всему периметру крепи разгружающих моментов и повышению ее несущей способности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.слсФиг. 28^^сл о

Description

Изобретение относитс к горному делу и может быть использовано, при креплении горных выработок в процессе их сооружени и эксплуатации.

Известны конструкции рамной крепи горных выработок, состо щие из верхн ка, соединенного с боковыми стойками в виде арки. Рамы устанавливают в горных выработках на рассто нии 0,5-1.2 м одна от другой и перекрывают зат жкой.

Недостатком известных конструкций рамной крепи вл етс значительна их неравнопрочность при работе в услови х неравномерных нагрузок со стороны массива горных пород. Это обусловлено . что элементы конструкции крепи выполнены с одинаковым поперечным сечением, а при действии неравномерных нагрузок грузонесуща способность крепи исчерпываетс на одном участке с наибольшими действующими напр жени ми, тогда как остальна больша часть конструкции оказываетс недогруженной . Следовательно, грузонесуща способность крепи предопределена работоспособностью ЛИШЬ одмрго участка, что приводит к нерациональному расходу материала крепи на малозагруженнь х элементах крепи.

Известна рамна крепь, включающа верхн к из пр молинейного элемента и арматурных стержней в виде шпренгелей. За счет нат жени шпренгелей создают предварительное нат жение верхн ка.

Недостатки этой крепи - еложиость создани и дозировки предварительного напр жени верхн ка, что требует проведени этих работ на поверхности, невозможность установки шг ренге ей со стержн ми и их нат жени на уже установленной в выработке крепи, неравномерность нат жени различных ветвей напр гающих элементов. Этр снижает эффективность усилени , приводит к повышению расхода материалов.

Известна также рамна арочна крепь из сгтецТ1рофил , верхн к которой усилен напр гающей ст жкой, состо щей из двух ветвей и закрепленной с помощью скоб по обе стороны верхн ка.

Недостатками этой конструкции вл ютс сложность монтажа и осуществлени предварительного напр жени крепи, загромождение поперечного сечени выработки , невозможность применени в выработках с электровозной контактной откаткой , высока трудоемкостью недостаточна эффективность усилени крепи, ненадежность работы ст жки в услови х агрессивной и влажной среды.

Наиболее близкой к предлагаемой вл етс рамна крепь из спецпрофил , котора снабжена элементом усилени , выполненным из отрезка желобчатого профил , прикрепленного к верхн ку винтовыми струбцинами, причем дл создани предварительного напр жени на заданном участке крепи элемент усилени выполнен с кривизной, отличной от кривизны усиливаемого участка.

Недостатками такой конструкции крепи вл ютс техническа сложность точного придани необходимой кривизны усиливающему элементу дл обеспечени предварйтельного напр жени крепи, причем оказываетс , что даже незначительна деформаци верхн ка в процессе его монтажа или эксплуатации крепи делает ггринципиально невозможным предугадать т ебуемую кривизну элемента усили . Это значительно снижает эффективность усилени крепи и увеличивает тем самым ее материалоемкость . Кроме того, такое усилие крепи Сложно по конструкции из-за большого числа деталей, вход щих в элемент усили , и трудоемко при монтаже.

Целью изобретени вл етс снижение материалоемкости и трудоемкости возведени крепи за счет повышени ее равнопрочности и упрощени элемента усилени .

Указанна цель достигаетс тем, что известна конструкци рамной усиленной крепи, содержа11|а стойки и верхн к с прикрепленным к нему скобами предварительно напр женным элементом усилени , снабжена двум опорными вставками, установленными между верхн ком и элементом усилени , концы которого совмещены с участками нулевых изгибающих моментов крепи . Элемент усилени разделен по длине опорными вставками на равные части и подвергнут предварительному напр жению после монтажа рамы крепи, а его центр смещен от оси крепи на угол, равный углу

падени пород. Кроме того, с целью контрол предварительного напр жени крепи скобы, прикрепл ющие элемент усилени к верхн ку. снабжены разрезными пружинными шайбами, установленными под нат жНЫ6 гайки на скобах м оттарированными на усилие предварительного напр жени крепи , которое определ ют по формуле

N 3WRr

55

где W - осевой момент сопротивлени еерхн ка .см ;

R - расчетное сопротивление материала верхн ка на изгиб, кг/см ;

Claims

I - длина элемента усилени , см. На фиг. 1 показана рамна усиленна крепь, общий вид; на фиг. 2 - узел 1на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. - эпюра моментов от внешней нагрузки на крепь; на фиг. & - эпюра разгружающих моментов в крепи от предварительного напр жени элемента усилени ; на фиг. 6 суммарна результирующа эпюра моментов при эксплуатации крепи. Рамна усиленна крепь содержит стойки 1 и верхн к 2,прикрепленный к ним соединительным узлом 3. К верхи ку 2 п эицреппем элемент 4 усилени , выполненный в виде отрезка спецпрофил с помощью скоб 5, планок 6 и нат жных гаек 7. Между последними установлены разрезнь1е пружинные шайбы 8. Верхн к 2 и элемент 4 усилени взаимодействуют друг с другом через размещенные между ними две опорные вставки 9, например, из стальной полосы , которые раздел ют элемент 4 усилени по длине на три равные части. С помощью элемента 4 усилени рама крепи после ее установки в выработке предварительно напр жена усилием, приложенным к скобам 5 и определ емым по формуле N 3WRr где W - осевой момент сопротивлени сечени верхн ка 2; R - расчетное сопротивление материала верхн ка 2 на изгиб; I - длина элемента 4 усилени . Длина элемента 4 усилени равна рассто ниюмежду участками крепи с нулевыми изгибающими моментами, где он и устанрвлен . В штреках центр элемента 4 усилени смещен от оси крепи на угол, равный углу падени « пород (при их пологом залегании ). Рамна усиленна крепь работает следующим образом. В горной выработке устанавливают раму крепи, состо щую от стоек 1 и верхн ка 2. На основании прогнозируемых параметров про влений горного Давлени (интенсивйость и направление действи внешней нагрузки q на крепь) определ ют эпюру моментов , возникающих в раме крепи от давлени горных пород, по ,которой определ ют расположение прот женности и степень загруженности наиболее напр женных элементов и участков крепи. В конструкции крепи имеетс наиболее .нагруженный участок крепи с максимальным моментом MI и менее нагруженные участки с экстремумами моментов М2 и Мз другого знака. Несуща способность крепи зависит от действующих изгибающих мрментов , так как роль нормальных и поперечных сил не превыщает5-10%. Поэтому усиление рамной крепи преследует цель снижени изгибающих моментов и увеличение осевого момента сопротивлени сечени элементов во всей или на части конструкции. Из эпюры моментов (фиг. 4) определ ют место установки и требуемую длину элемента 4 усилени , равную рассто нию между участками крепи с нулевыми изгибающими моментами, возникающими при смене знака эпюры моментов вдоль крепи. Элемент 4 усилени требуемой длины с помощью скоб 5, планок 6 и гаек 7 прикрепл ют к верхн ку 2, разместив между ними две опорные вставки 9 так, чтобы элемент 4 усилени был разделен по длине на три равные части. С помощью нат жных гаек 7 и размещенных под ними разрезных пружинных шайб 8 создают предварительное напр жение во всей конструкции крепи. Пружинные шайбы оттарированы на усилие предварительного напр жени , определ емое по формуле N 3WRr, где W - осевой момент сопротивлени сечени верхн ка 2; R - расчетное сопротивление г 1атериала верхн ка 2 на изгибе; I - длина элемента усилени . Зат жку гаек 7 производ т до полного сжати разрезных пружиннь1х шайб 8. Усили напр жени N (фиг. 5) передаютс на верхн к 2 через скобы 5 и опорные вставки 9. Это приводит из-за статической неопределенности конструкции крепи к образованию эпюры разгружающих моментов по всему ее периметру. Разгружающие моменты противоположны по знаку моментам от внешней нагрузки, возникающим при эксплуатации крепи. В результате наложени этих эпюр результирующие моменты значительно уменьшены, что позвол ет увеличить несущую способность конструкции крепи и снизить ее материалоемкость. Благодар установке между верхн ком . 2 и элементом 4 усилени опорных вставок 9 по вл етс возможность усиливать крепь в процессе ее эксплуатации, даже в случае некоторой деформации верхн ка 2, обеспечива заданную величину и распределение напр гающих усилий N и формиру строго определенную эпюру разгружающих моментов предварительного напр жени . Две опорные вставки 9 позвол ют добитьс наиболее оптимальной компенсации эпюры эксплуатационных моментов на участке установки элемента 4 усилени . Если устанавливать тодько одну вставку 9 между верхн ком 2 и элементом 4 усилений, то эпюра разгружающих моментов формируетс на этом участке в виде треугольника, что не соответствует близкой к параболической форме эпюре эксплуатационных моментов, а это снижает эффективность их компенсации , т.е. степень усилени крепи. Если установить больше двух опорных вставок 9 {три, четыре и т.д.), то распределение напр гающих усилий между опорными вставками 9 вдоль элемента 4 усилени становитс неуправл емым из-за статической неопределимости такой системы взаимодействи элемента 4 с верхн ком 2 и оказываетс зависимой от случайных факторов (различие & толщине опорных ставок 9, местных деформаций и искривлений верхн ка 2 и усиливающего элемента 4 и т.д.). Поэтому некоторые опорные вставки9 будут пережаты , а некоторое разгружены, что может совершенно исказить эпюру разгружающих моментов на участке усилени , а это снизит эффективность усили крепи.

Благодар тому, что опорные вставки 9 дел т элемент 4 усилени на три разные части, достигают наиболее полной компен-. сации на этом участке эпюры эксплуатационных моментов, имеющей форму, близкую к квадратичной параболе: Образующа с эпюра разгружающих моментов в виде правильной трапеции с соотношением оснований 1:3 наиболее полно способна компенсировать параболическую эпюру эксплуатационных моментов {см. фиг. 4 и 5). Это значительно увеличивает эффективность усилени крепи. Любое другое размещение опорных вставок 9 менее благопри тно дл компенсации эксплуатационных моментов и приводит к увеличению результирующей эпюры моментов.

То, что концы Элемента 4 усилени совмещены с ненагруженмыми участками Эпюры эксплуатац1 онных моментов, позвол ет наиболее полно совместить с ней эпюру разгружающих моментов от предварительного напр жени . Это способствует более эффективному повышению несущей способности крепи, исключает по вление участков крепи, где эксплуатационные мо менты будут усилены разгружающими , т.е. возникновение опасности перенапр жени и разрушени элементов крепи. Поскольку нагружение крепи в штре-кообразных выработках происходит по нормали к напластованию пород, т.е. задано направление внешней нагрузки q в услови х отсутстви данных по прогнозируемым параметрам горного давлени , при установке элемента 4 усилени его центр следует сместитьот вертикальной оси крепи Иа угол, равный углу падени пород. Длину элемента усилени в этом случае следует прин ть равной половине длины верхн ка 2. Тем самым достигаетс усиление наиболее нагруженного участка рамной крепи, что способствует повышению ее несущей способности. Усилие N предварительного напр жени определ етс из услови создани в верхн ке2 предельного разгружающего момента на участке между опорными вставками 9, что дает верхнюю границу допустимого предварительного напр жени , исход из прочности верхн ка 2. Тем самыми на остальных участках крепи возникают максимальные разгружающие моменты , что способствует достижению максимальной эффективности усилени

0 конструкции крепи в целом. В процессе загружени крепи горным давлениемв элементе 4 усилени возникают пластические шарниры на участках установки опорных вставок 9, поэтому разгружающие моменты,

5 достига своего предельного значени , в дальнейшем при работе крепи остаютс посто нными , а сам элемент 4, несмотр на наличг51е пластических шарниров, сохран ет устойчивость благодар тому, что нагруже0 ние со стороны скоб 5 силами N происходит в режиме, близком к жесткому, а сам элемент усилени закреплен в четырех точках. Если усилие предварительного напр жени создать в верхн ке меньше N, то сниз тс величины разгружающих моментов в крепи и не будет достигнута необходима эффективность усилени .

Если усилие предварительного напр жени превышает N, то в верхн ке материал

0 переходит в пластическую стадию деформировани , что затрудн ет его дальнейшую эксплуатацию и повторное использование. Снабжение скоб 5 разрезными пружинными шайбами 8, оттарироаанными на

5 заранее заданное усилие, исключает ошибки при предварительном напр жении крепи и заметно упрощает его контроль в процессе эксплуатации. Кроме того, разрезные пружинные Шайбы 8 компенсируют неизбежные деформации ползучести скоб 5, посто нно раст нутых усили ми N, что гарантирует посто нство предварительного напр жени во времени. Этому же способствует упруга деформаци консоли элемента усилени на длине 1/3 от скобь 5 до опорной вставки 9. Таким образом, предлагаема крепь характеризуетс надежностью сохранени заданного предварительного напр жени , простотой его конструктивного исполнени , монтажа и эксплуатации элемента усилени , что способствует высокой эффективности повышени работоспособности крепи.

Предложенна конструкци рамной усиленной крепи проста в изготовлении и при установке, требует низких трудозатрат, характеризуетс низкой материалоемкостью . Усиление крепи может производитьс не только при ее возеедении, ко и в процессе ее эксплуатации, причем дл усилени пригодны и рамы крепи с деформированным верхн ком. Грузонесуща способность крепи при этом повышаетс в 2-2,5 раза, а материалоемкость снижаетс в 1,5-2 раза, значительно повышаетс надежность и работосгюсобность крепи; Экономическа эффекшвиость достигаетс за счет экономии дефицитного металла, сокращени числа рам на единицу длины выработки в 1.5-2 раза, уменьшени трудозатрат на возведение крепм в 2-2,5 раза и стоимости креплени выработки в 1.3-1.5 раза, снижени расходов на ремоАт W перекреплени горных выработок, что в целом способствует улучшению технико-экономических показателей в шахтном и подземном строительстве.

Форму л а и 3 о бретени 1. Рамна усиленна крепь, включающа стойки и верхн к, к которому скобами

присоединены элементы усилени из отрезков профил , а также узлы соединени , о т л ича юща с тем, что, с целью снижени материалоемкости и трудоемкости возведени крепи за счет повышени ее равнопрочности и упрощени элемента усилени , последний снабжен двум опорными вставками , размещенными между верхн ком и отрезком спёцпрофил , кромки которого совмещены с участками нулевых изгибающих моментов, возникающих в верхн ке, при этом опорные вставки дел т отрезок спецпрофил на равные по длине части, а элемент усилени подвергнут предварительному напр жению , определ емому по формуле

N 3WRr

где W - осевой момент сопротивлени сечени верхн ка,

0

R - расчетное сопротивление на изгиб материала верхн ка, кг/см ;

} - длина отрезка спецпрофил , см.
2. Крепь по п. 1, о т л и ч а ю щ а с тем, что скобы снабжены разрезными пружинными шайбами, установленными под нат жнь1ми гайками и оттарированными на усилие N предварительного напр жени крепи. Фаз

М

Л2

ае 6