шахтная затяжка для рамной крепи

Формула изобретения

1. ШАХТНАЯ ЗАТЯЖКА ДЛЯ РАМНОЙ КРЕПИ, выполненная из армированной криволинейной плиты, отличающаяся тем, что, с целью повышения несущей способности и снижения материалоемкости, плита выполнена в виде цилиндрической оболочки постоянной толщины с вогнутостью внутрь выработки и с плоскими опорами на концах, причем образующие внешней и внутренней поверхностей плиты ориентированы поперек затяжки, а рабочая арматура выполнена в виде вант и усилена крюками на плоских опорах.

2. Затяжка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности пакетирования, ее внешняя и внутренняя цилиндрические поверхности выполнены конгруентными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и предназначено для крепления горных выработок.

Известна железобетонная плоская кессонная затяжка с объемным арматурным каркасом [1].

Недостатком затяжки является относительно высокий расход материала, так как конструкция работает на изгиб как жесткая плита, содержащая арматуру в сжатой зоне бетона, что препятствует ее эффективной работе. Наличие кессона существенно усложняет технологию изготовления затяжки.

Известна затяжка для рамной крепи, имеющая форму плиты с поперечным сечением в виде параллелограмма с выемкой и снабженная дополнительной плитой, при этом плиты между собой соединены по длине посредством перемычки [2].

Недостатками этой затяжки являются значительная толщина, что приводит к увеличенной материалоемкости, плохая транспортабельность, обусловленная подверженностью такой затяжки разрушению острых кромок в процессе погрузки и разгрузки, сложность технологии изготовления.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является железобетонная сводчатая затяжка для рамной крепи, выполненная в виде плиты сводчатой формы переменного поперечного сечения, причем радиусы наружной и внутренней образующих сводов плиты одинаковы, а точки их приложения расположены на оси симметрии поперечного сечения плиты и разнесены на расстояние, равное толщине плиты на этой оси [3].

Недостатками этой затяжки являются необходимость увеличения размеров выработки вчерне на размер стрелы свода затяжки, повышенная материалоемкость конструкции, обусловленная ее работой как жесткой плиты на изгиб. Кроме того, при транспортировке и перегрузочных операциях запакетированной затяжки повышена вероятность повреждения заостренных концов затяжек из-за наличия пустот между ними.

Цель изобретения - повышение несущей способности и снижение материалоемкости затяжки.

Цель изобретения - повышение несущей способности и снижение материалоемкости затяжки.

Указанная цель достигается тем, что шахтная затяжка для рамной крепи выполнена из армированной криволинейной плиты, согласно изобретению плита выполнена в виде цилиндрической оболочки постоянной толщины с вогнутостью внутрь выработки и с плоскими опорами на концах, причем образующие внешней и внутренней поверхностей плиты ориентированы поперек затяжки, а рабочая арматура выполнена в виде вант и усилена на плоских опорах. Кроме того, внешняя и внутренняя поверхности затяжки выполнены конгруэнтными.

Сопоставительный анализ заявляемой конструкции с прототипом показывает, что предложенное решение отличается от известных тем, что криволинейная часть затяжки обращена вогнутой стороной внутрь выработки и оканчивается плоскими опорами, причем образующие внешней и внутренней поверхностей плиты ориентированы поперек затяжки. Это обеспечивает работу пролетного участка затяжки как растянутой оболочки, при этом плоские опоры выполняют роль участков защемления затяжки между рамой крепи и породным контуром выработки. Отличие усматривается также в том, что рабочая арматура выполнена в виде вант и усилена на плоских опорах. Таким образом, заявляемая конструкция затяжки соответствует критерию "новизна".

Анализ известных шахтных затяжек [1-3] позволяет сделать вывод, что существующие затяжки работают на изгиб как обычные балки на двух опорах. Поскольку они представляют собой, как правило, тонкие жесткие плиты, их арматура с неизбежностью оказывается размещенной вблизи нейтрального слоя сечения, поэтому работает крайне неэффективно.

Это приводит к неоправданно высокому расходу материала, снижению несущей способности конструкции. После исчерпания несущей способности такой затяжки и образования трещин затяжка обрушивается внутрь выработки, приводя к аварийным состояниям.

Известные конструкции жестких затяжек способствуют формированию равномерной распределенной нагрузки со стороны массива горных пород и только после разрушения затяжки и выключения ее из работы происходит перераспределение части нагрузки на рамы крепи. Поэтому в горных выработках наблюдается массовое разрушение затяжек, предшествующее деформированию крепи, т.е. система рама-затяжка не работает в оптимальном режиме, предполагающем их взаимодействие как равнопрочной и совместно деформирующейся конструкции. В предлагаемом изобретении затяжка работает как оболочка, воспринимающая в предельном состоянии растягивающие напряжения. Поэтому предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид шахтной затяжки для рамной крепи; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - плоская опора затяжки; на фиг. 4 - эпюры нагрузок на известные и предложенную затяжки.

Шахтная затяжка для рамной крепи выполнена из вогнутой плиты 1 с плоскими опорами 2 на концах, размещенными на рамах крепи 3. В затяжке установлена арматурная сетка 4, в которой рабочая продольная арматура 5 усилена крюками 6 на участках плоских опор 2.

Затяжка работает следующим образом.

Затяжку при возведении крепи укладывают вогнутой частью внутрь выработки, располагая плоские опоры 2 на рамах крепи 3, а затем производят забутовку закрепного пространства. При взаимодействии крепи с массивом горных пород формируется нагрузка, которая перераспределяется между рамой крепи и затяжкой. Благодаря вогнутости внутрь выработки, над серединой затяжки забутовочный слой породы оказывается повышенной толщины и поэтому меньшей жесткости. Это приводит к изменению эпюры внешних нагрузок: над рамой крепи происходит их возрастание (концентрация), а на затяжку нагрузка не только снижается, но и благоприятным образом перераспределяется, резко уменьшаясь в центре и возрастая на плоских опорах. Нагрузки на раму крепи защемляют плоские опоры 2, причем крюки 6 при раздавливании материала опор 2 фиксируют затяжку на спецпрофиле крепи 3. При дальнейшем возрастании нагрузки происходит переход затяжки в предельное состояние, которое заключается в образовании трещин в материале затяжки и начале работы ее продольной арматуры как растянутых вант. При этом основная нагрузка на затяжку еще более снижается в результате ее деформации и перераспределения на раму крепи и воспринимается рабочей продольной арматурой 5. Таким образом, затяжка при работе в предельном состоянии представляет собой гибкое ограждение, причем остальной материал затяжки препятствует выпаданию мелких кусков породы и выполняет ограждающую функцию.

Благодаря вогнутости криволинейной части затяжки внутрь выработки достигается благоприятное перераспределение внешних нагрузок между затяжкой и рамой крепи, а рабочая арматура работает на растяжение как ванты. В результате обеспечивается резкое (в 1,5-2 раза) повышение несущей способности при том же удельном расходе материалов.

Конструкция плоских опор позволяет удобно разместить затяжку на рамах крепи, обеспечить попутно соблюдение установленных расстояний между рамами, а защемление плоских опор между рамой и породным контуром способствует работе затяжки в заданном предельном состоянии.

Усиление рабочей арматуры на участках плоских опор, выполненное в виде крюков, обеспечивает надежное фиксирование затяжки на раме даже в условиях деформации смятия материала затяжки.

Благодаря тому, что наружные поверхности затяжки выполнены конгруэнтными, повышается эффективность пакетирования затяжки, поскольку пакет уложенных затяжек представляет собой плотный блок без выступов и пустот, которые, как правило, являются причиной повреждения затяжки при ее транспортировании.

Следовательно, предложенное техническое решение обеспечивает существенное сокращение материалоемкости и повышение несущей способности затяжки. Экономическая эффективность от применения предлагаемого изобретения слагается из сокращения расхода материалов на 35-40%, повышения несущей способности затяжки в 1,5-2 раза, снижения боя при транспортировании пакетированной затяжки, что способствует ресурсосбережению при сооружении горных выработок, повышению их устойчивости и снижению травматизма горнорабочих.