шахтная железобетонная затяжка для рамных крепей из спецпрофиля

Формула изобретения

1. Шахтная железобетонная затяжка для рамных крепей из спецпрофиля, выполненная в форме плиты с полостью в ее растянутой зоне и включающая рабочую арматуру, отличающаяся тем, что плита имеет длину, соответствующую заданной длине перекрываемого пролета выработки, а полость выполнена из отдельных выемок в поперечном сечении каждая в виде сегмента с образованием между смежными выемками опорной зоны, ширина которой соответствует ширине профиля рамы крепи, причем количество N выемок определяют из выражения

N=2+(n-1),

где n - требуемое число рам крепи на заданную длину перекрываемого пролета выработки без учета двух рам крепи, устанавливаемых под краевые части плиты и краевые части смежных с ней с двух сторон плит, при этом выемки ориентированы вдоль продольной оси плиты, а расстояние от каждого торца плиты до крайней выемки соответствует половине ширины профиля рамы крепи.

2. Шахтная железобетонная затяжка по п.1, отличающаяся тем, что длину перекрываемого пролета выработки и, соответственно, длину плиты изменяют в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от прочностных свойств вмещающих пород выработки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к шахтным железобетонным затяжкам для рамных крепей из спецпрофиля, и может применяться в качестве одного из составных элементов рамных крепей.

Известна шахтная железобетонная затяжка для горных выработок в форме плиты с поперечным сечением в виде параллелограмма (1).

Недостатком этой конструкции затяжки является большой вес вследствие значительного расхода бетона, который в растянутой зоне, практически не работает.

Известна шахтная железобетонная затяжка для горных выработок, выполненная в форме плиты с выемкой в поперечном сечении не симметричной формы в виде неравнобокой трапеции, расположенной со стороны рабочей арматуры (2).

Положительным свойством данной конструкции затяжки является то, что она позволяет уменьшить объем расхода бетона по cравнению с техническим решением (1). Однако, как следует из источника (3, стр.3-5 и стр.14-15), существуют два типоразмера таких затяжек, каждый из которых предназначен для заданной длины перекрываемого пролета выработки за один проходческий цикл, т.е. 1,0 м и 1,32 м. Такие затяжки эффективно работают, если они будут уложены на две рамы крепи с шагом их установки 1,0 м или 1,32 м, и при этом не произойдет разрушение продольных граней в местах опоры на рамы крепи.

Однако при увеличении частоты установки рам крепи эта затяжка будет не пригодна для применения, поскольку, если под нее установить промежуточные рамы крепи, произойдет разрушение острых кромок продольных граней при опоре на рамы крепи. Последнее обстоятельство ухудшает эксплуатационные свойства таких затяжек и соответственно снижает их эксплуатационные возможности.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является шахтная железобетонная затяжка для рамных крепей из спецпрофиля, выполненная в форме плиты с полостью в поперечном сечении симметричной формы в виде равнобокой трапеции, расположенной в ее растянутой зоне, причем плита имеет рабочую арматуру (4).

В известной затяжке (4) устранены недостатки, отмеченные в технических решениях (1, 2) и приводящие к ухудшению их эксплуатационных свойств. Данная затяжка в зависимости от длины (400, 500, 650, 700, 750, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1350 мм) разделена на 12 типоразмеров с единой толщиной и шириной (4, с.4-7), причем длина каждого типоразмера затяжки соответствует шагу установки рам крепи.

Поэтому в зависимости от шага установки крепи на рамы укладывают соответствующий типоразмер затяжки. Это требует наличия большого ассортимента как затяжек, так и металлоформ на их изготовление, что не технологично и не экономично, а изделия из таких затяжек далеки от унификации. Также невозможно решить вопрос возможности укладки только одной затяжки на заданную длину перекрываемого пролета выработки независимо от шага установки рам крепи.

Кроме того, если шаг установки рам крепи изменяется в сторону уменьшения, то увеличивается число укладываемых затяжек, тогда сам процесс укладки их на рамы крепи становится трудоемким для обслуживающего персонала и непроизводительным.

Отмеченные недостатки снижают эффективность использования таких затяжек и не позволяют максимально адаптировать их к горно-геологическим условиям проводимой выработки.

Задачей изобретения является устранение отмеченных выше недостатков, т.е. создание такой конструкции железобетонной затяжки, которая позволила бы повысить степень ее унификации с обеспечением возможности соответствия длины такой затяжки с заданной длиной перекрываемого пролета выработки за один проходческий цикл ее проведения, а за счет этого упростить технологию изготовления затяжек и монтаж их на рамах крепи.

Технический результат, достижение которого обеспечивает решение поставленной задачи, выражается в расширении эксплуатационных возможностей заявляемой затяжки с одновременным повышением эксплуатационных свойств за счет того, что затяжка, как элемент крепления, воспринимает силы горного давления как цельная конструкция на заданной длине перекрываемого пролета выработки независимо от числа устанавливаемых под затяжку рам крепи и не происходит разрушение острых кромок продольных граней плиты.

Для решения поставленной задачи в шахтной железобетонной затяжке для рамных крепей из спецпрофиля, выполненной в форме плиты с полостью в ее растянутой зоне и включающей рабочую арматуру, согласно изобретению плита имеет длину, соответствующую заданной длине перекрываемого пролета выработки, а полость выполнена из отдельных выемок в поперечном сечении каждая в виде сегмента с образованием между смежными выемками опорной зоны, ширина которой соответствует ширине профиля рамы крепи, причем количество N выемок определяют из выражения:

N=2+(n-1),

где n - требуемое число рам крепи на заданную длину перекрываемого пролета выработки без учета двух рам крепи, устанавливаемых под краевые части плиты и краевые части смежных с ней с двух сторон плит, при этом выемки ориентированы вдоль продольной оси плиты, а расстояние от каждого торца плиты до крайней выемки соответствует половине ширины профиля рамы крепи.

Причем длину перекрываемого пролета выработки и соответственно длину плиты изменяют в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от прочностных свойств вмещающих пород выработки.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, изложенными в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности “новизна”.

Причинно-следственная связь между заявляемой совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом следующая.

Признак - “плита имеет длину, соответствующую заданной длине перекрываемого пролета выработки” - регламентирует порядок выбора наиболее оптимальной длины плиты для того, чтобы можно было под одну заявляемую затяжку установить как две рамы крепи, как в прототипе (4), так и промежуточные рамы, причем количество последних определяют исходя из шага установки рам крепи, предусмотренного паспортом крепления горной выработки. Такой подход к выбору длины затяжки позволяет выполнить ее в виде цельной конструкции независимо от числа устанавливаемых рам крепи и перекрыть длину пролета выработки, пройденной за один проходческий цикл.

Признак - “полость выполнена из отдельных выемок в поперечном сечении каждая в виде сегмента с образованием между смежными выемками опорной зоны, ширина которой соответствует ширине пролета рамы крепи” - обеспечивает рациональный расход бетона, поскольку, как известно из технического решения (1), он в растянутой зоне не работает, а также является наиболее удобным вариантом создания опорных зон для предотвращения разрушения острых кромок продольных граней плиты при опоре затяжки на рамы крепи, что улучшает эксплуатационные свойства затяжки. Причем этот признак обеспечивает технологичность изготовления затяжки за счет производства ее в одной и той же металлоформе независимо от шага установки рам крепи. Согласно прототипу (4) необходимо иметь столько металлоформ, сколько имеется типоразмеров затяжки.

Кроме того, данный признак совместно с вышеупомянутым признаком позволяет унифицировать изделия, выполняемые на основе заявляемого изобретения, а за счет этого обеспечить снижение материальных и трудовых затрат как на изготовление затяжек, так и на монтаж их на рамах крепи, т.е. признаки необходимы для выполнения изобретения.

Признак - “причем количество N выемок определяют из выражения:

N=2+(n-1),

где n - требуемое число рам крепи на заданную длину перекрываемого пролета выработки без учета двух рам крепи, устанавливаемых под краевые части плиты и краевые части смежных с ней с двух сторон плит", - позволяет оперативно определить количество выемок под конкретное число рам крепи, зависящее от шага их установки, предусматриваемого паспортом крепления горных выработок.

Признак - "при этом выемки ориентированы вдоль продольной оси плиты" - предопределяет возможность создания опорных поверхностей по длине затяжки, под которую устанавливают рамы крепи.

Признак - а расстояние от каждого торца плиты до крайней выемки соответствует половине ширины профиля рамы крепи " - позволяет исключить разрушение краевых частей затяжки, а принятая величина этого расстояния позволяет придать конструкции затяжки свойства унификации, которое в прототипе (4) отсутствует.

Признак - "длину перекрываемого пролета выработки и соответственно длину плиты изменяют в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от прочностных свойств вмещающих пород выработки " - позволяет оперативно и максимально адаптировать заявляемую затяжку к горно-геологическим условиям проводимой выработки.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой железобетонной затяжки, позволила унифицировать изделия, изготавливаемые на основе заявляемой затяжки, с одновременным улучшением эксплуатационных свойств затяжки и снижением трудоемкости изготовления и монтажа ее на рамах крепи.

Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, что характеризует "изобретательский уровень" заявляемого технического решения.

Промышленная применимость заявляемого изобретения обосновывается нижеприведенным описанием и чертежами.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена описываемая железобетонная затяжка с двумя выемками, вид сверху; на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1; на фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.1; на фиг.4 - то же, что на фиг.1, вариант исполнения затяжки с тремя выемками; на фиг.5 - сечение по В-В фиг.4; на фиг.6 - схема укладки двух затяжек на три рамы крепи на длине L пролета выработки, по прототипу (выемки условно не показаны); на фиг.7 - схема укладки одной заявляемой затяжки на три рамы крепи на длине L пролета выработки; на фиг.8 - схема укладки трех затяжек на четыре рамы крепи на длине L' пролета выработки, по прототипу (выемки условно не показаны); на фиг.9 - схема укладки одной заявляемой затяжки на четыре рамы крепи на длине L’ пролета выработки.

Шахтная железобетонная затяжка для рамных крепей из спецпрофиля выполнена в форме плиты 1 прямоугольного или параллелограммного поперечного сечения с полостью в ее растянутой зоне и включает рабочую арматуру 2, состоящую из стержней 3, ориентированных по длине плиты 1 и связанных между собой соединительными элементами 4.

Причем плита 1 имеет длину, соответствующую заданной длине перекрываемого пролета выработки, образованного за один проходческий цикл. В зависимости от прочностных свойств вмещающих пород выработки длина плиты 1 может изменяться в сторону увеличения или уменьшения.

Полость плиты 1 выполнена из отдельных выемок 5, ориентированных вдоль продольной оси плиты 1, и каждая из которых в поперечном сечении имеет симметричную форму в виде сегмента. Между смежными выемками 5 образована опорная зона 6, ширина Н которой соответствует ширине профиля рамы 7 крепи. В свою очередь, расстояние от каждого торца плиты 1 до крайней выемки 5 соответствует половине ширины Н/2 профиля рамы 7 крепи.

Причем количество N выемок 5, которое необходимо выполнить в плите 1, определяют из выражения:

N=2+(n-1),

где n - требуемое число рам крепи на заданную длину перекрываемого пролета выработки без учета двух рам крепи, устанавливаемых под краевые части плиты и краевые части смежных с ней с двух сторон плит.

На фиг.1, 2 показана затяжка с двумя выемками 5 и одной опорной зоной 6, а на фиг.4, 5 - затяжка с тремя выемками 5 и двумя опорными зонами 6, при этом упомянутые выемки и опорные зоны обозначены одной и той же нумерацией, поскольку их функциональное назначение одинаково.

При установке затяжки в крепь плита 1 работает по длине ее выемок 5, при этом стержни 3 рабочей арматуры 2 растягиваются под действием сил горного давления, а бетон верхней части опорной зоны 6 испытывает сжатие.

Рассмотрим на конкретном примере порядок использования упомянутой формулы.

Если, согласно паспорту крепления выработки, необходимо установить три рамы крепи (две рамы крайние и одна между ними) на заданной длине L перекрываемого пролета выработки, то в этом случае, применив формулу N=2+(n-1), подсчитываем количество N выемок: N=2+(1-1)=2, т.е. необходимо использовать затяжку с двумя выемками (фиг.7).

Если, согласно паспорту крепления выработки, необходимо установить четыре рамы крепи (две рамы крайние и две промежуточные) на заданной длине L' перекрываемого пролета выработки, то в этом случае, применив в формулу N=2+(n-1), подсчитываем количество N выемок: N=2+(2-1)=3, т.е. необходимо использовать затяжку с тремя выемками (фиг.9).

Из изложенного примера следует, что используется только одна затяжка с соответствующим числом выемок на заданной длине пролета, однако длина ее может изменяться в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от прочностных свойств вмещающих пород выработки.

Для уяснения преимуществ заявляемой затяжки по сравнению с прототипом (4) на фиг.6 и 7 показано, что для перекрытия одной и той же длины L пролета выработки по прототипу (фиг.6) требуется применить две затяжки (в каждой по одной выемки), а заявляемую затяжку (фиг.7) - только одну (с двумя выемками). В свою очередь, на фиг.8 и 9 показано, что для перекрытия одной и той же длины L' пролета по прототипу (фиг.8) требуется применить три затяжки, а заявляемую затяжку (фиг.9) - опять же только одну (с тремя выемками).

Из представленных иллюстраций (фиг.6-9) и вышеописанного сравнения заявляемой затяжки с прототипом (4) следует, что заявляемая затяжка имеет на порядок выше степень унификации. А это влечет за собой значительное уменьшение типоразмеров затяжки, т.к. их количество зависит от изменения длины перекрываемого пролета выработки, которая может колебаться исходя из практики крепления горных выработок на шахтах Печорского бассейна в пределах 1,0-1,3 м. При этом упрощается технологичность таких затяжек за счет их формирования в одной и той же металлической форме при одинаковой их длине, а также упрощается монтаж их на рамах крепи за счет установки одной затяжки на заданную длину перекрываемого пролета, вместо нескольких затяжек по прототипу (4). Поскольку, независимо от длины перекрываемого пролета, используется одна затяжка, она воспринимает силы горного давления как цельная конструкция, что повышает ее эксплуатационные свойства.

Таким образом, заявляемая затяжка за счет предлагаемого конструктивного исполнения ее полости в виде отдельных выемок с образованием опорных зон под рамы крепи сокращает их ассортимент и соответственно количество металлоформ для ее изготовления, т.е. достигается поставленная задача - унификация конструкции затяжки при упрощении технологии ее изготовления.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №611017, кл. Е 21 D 11/15, 1974 г.

2. Авторское свидетельство СССР №723117, кл. Е 21 D 11/15, 1978 г.

3. Инструкция по изготовлению и применению плоских и кессонных затяжек конструкции НИИОГРа: Утв. техническим директором объединения “Воркутауголь” 05.12.1979 г., НИИОГР, Челябинск, 1980 г., с.3-5,14-15.

4. Затяжки шахтные железобетонные кессонные. Технические условия, ТУ 12.45.00IX-79; Утв. М-вом угольной пром-ти СССР 31.07.1979 г. ВНИИОМШС, Харьков, 1979 г., с.4-7 (прототип).