крепь для охраны подготовительных выработок

Формула изобретения

1. Крепь для охраны подготовительных выработок, включающая выполненные в форме параллелепипедов блоки, из материала на основе гидравлического вяжущего соединения, уложенные друг на друга, создавая охранную полосу вдоль выработки, каждый из которых имеет выступ и выемки, при этом выступ выполнен на верхней грани блока, а выемки, выполненные с возможностью размещения в них выступов смежных блоков, на противоположной ей грани блока, и податливые элементы, отличающаяся тем, что выступ выполнен длиной на всю грань блока вдоль его центральной оси, выемки выполнены в виде сквозных поперечных канавок в перпендикулярном к продольной оси блока направлении, при этом центральная выемка расположена посредине грани блока, а последующие - с двух сторон от нее на расстоянии шага размещения в охранной полосе выступов смежных блоков, а податливые элементы конструктивно не связаны с блоками.

2. Крепь для охраны подготовительных выработок по п.1, отличающаяся тем, что грань блока с выемками в форме сквозных поперечных канавок дополнительно снабжена расположенной вдоль центральной оси блока выемкой в форме сквозной канавки, при этом последняя выполнена одинакового размера с поперечными канавками.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение, крепь для охраны подготовительных выработок, относится к горному делу и может быть использовано для охраны подготовительных выработок с целью их повторного использования при разработке пологих тонких и средней мощности пластов.

Известны:

- крепь для горных выработок (авт. свид. СССР № 796444, бюл. № 2, 15.01.1981 г.);

- шахтная костровая крепь (авт. свид. СССР № 964168, бюл. № 37, 07.10.1982 г.);

- способ охраны выемочной выработки (авт. свид. СССР № 969899, бюл. № 40, 30.10.1982 г.);

- крепь для охраны подготовительных выработок (авт. свид. СССР № 1064004, бюл. № 48, 30.12.1983 г.);

- элемент горной крепи (авт. свид. СССР № 1201513, бюл. № 48, 30.12.1985 г.);

- охранная крепь (авт. свид. СССР № 1216354, бюл. № 9, 07.03.1986 г.);

- способ возведения охранного сооружения в выработке (авт. свид. СССР № 1458580, бюл. № 6, 15.02.1989 г.);

- способ охраны оконтуривающих выемочное поле выработок и костровая крепь для его осуществления (патент Украины № 25239, бюл. № 6, 25.12.1998р.);

- способ крепления горных выработок (варианты) (RU 2159332, бюл. № 32, 20.11.2000 г.);

- искусственная охранная опора (RU 2162943, бюл. № 4, 10.02.2001р.).

Известна тумба для околоштрековой полосы, содержащая блоки, прокладки между ними и клинья, устанавливаемые между верхним блоком тумбы и кровлей пласта, отличающаяся тем, что тумба дополнительно снабжена прокладкой, установленной между верхним блоком и клином, при этом все прокладки выполнены из материала большей жесткости, чем материал блока (авт. свид. СССР № 1177497, бюл. № 33, 07.09.1985 г.).

Известна крепь для охраны подготовительных выработок, выполненная в виде охранной полосы, состоящая из отдельных блоков, уложенных друг на друга рабочими сторонами, отличающаяся тем, что каждый блок выполнен составным из двух одинаковых элементов, одна из сторон которых является рабочей и представляет собой плоскую поверхность, а другая сторона выполнена в виде рельефной поверхности, имеющей в сечении полукруглые, ориентированные перпендикулярно к одной из пар боковых сторон элемента блока и расположенные друг от друга на расстоянии, которое равно диаметру выемки, с созданием выступов между упомянутыми выемками, при этом элементы блока совмещены друг с другом сторонами, которые имеют выемки и выступы, так, что выемки одного элемента размещены соосно с выступами другого элемента с обеспечением возможности сцепления выемка-выступ после проявления горного давления и последующего перемещения их в направлении, перпендикулярном плоской поверхности элемента блока, с созданием податливого соединения, которое воспринимает нагрузку со стороны горного массива, при этом количество блоков по высоте охранной полосы определяется формулой с возможностью возведения охранной полосы необходимой податливости для заданной мощности пласта (патент RU 2112882, бюл. № 16, 10.06.1998 г.).

Известна крепь для охраны подготовительных выработок, выполненная в виде тумб, состоящих из уложенных друг на друга отдельных железобетонных блоков и податливых элементов, отличающаяся тем, что рабочие стороны каждого блока имеют выемки в виде канавок, а податливые элементы выполнены в виде отдельных прокладок, высота которых больше глубины выемок на величину податливости прокладок, причем выемки смежных блоков в тумбах ориентированы во взаимно перпендикулярных плоскостях, а податливые прокладки установлены между выемками смежных блоков в тумбе и смежными блоками отдельных тумб (авт. свид. СССР № 1262048, бюл. № 37, 07.10.1986 г.).

Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является крепь для охраны подготовительных выработок, включающая выполненные в форме параллелепипедов железобетонные блоки с податливыми элементами, уложенные друг на друга с созданием вдоль выработки охранной полосы, отличающаяся тем, что каждый блок в средней части имеет выступ и выемку, а податливые элементы - форму ребер и расположены с двух сторон от выступа, причем выступ выполнен на нижней грани блока, а выемки - на соединении верхней грани с каждой из двух противоположных боковых граней и выполнен глубиной большей, чем высота выступа, на величину податливости ребер, при этом блоки вдоль охранной полосы ориентированы выемками навстречу друг другу, а выступы расположены в смежных выемках (Авт. свид. СССР № 1511408, бюл. № 36, 30.09.1989 г.).

Недостатком данной крепи для охраны подготовительных выработок является значительная трудоемкость укладки блоков в охранную полосу, а именно процесс удержания их между собой во время укладки блоков как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. Это обусловлено тем, что выемки блоков выполнены на соединении верхней грани с каждой из двух противоположных боковых граней и по форме соответствуют половине выступа блока, а по размеру больше на величину податливости ребер. Установка каждого последующего верхнего блока выступом в выемку, созданную двумя смежными нижними блоками, не соединяет их в охранную полосу в целом. Каждая вертикаль шириной в один блок такой охранной полосы: два блока с половиной выемки - блок с выступом, два блока с половиной выемки - блок с выступом и так дальше на всю ширину выработки, которую необходимо поддерживать, не связана со смежной вертикалью таких же точно блоков. Поэтому, если во время возведения крепи, к моменту распора ее в кровлю, не поддерживать такие вертикали специально, они будут нестойкими и рассыплются.

Также нестойкой в момент возведения охранная полоса по прототипу является и в поперечном направлении, потому что каждая продольная лента охранной полосы шириной в один блок тоже не связана в поперечной плоскости со смежными продольными лентами охранной полосы.

К недостаткам крепи по прототипу можно отнести и то, что податливость крепи жестко зависит от количества блоков по вертикали, так как податливость задана податливыми элементами в форме ребер, которые расположены с двух сторон от выступа на самом блоке. Конструктивная связь податливых элементов с самим блоком не позволяет варьировать податливостью крепи от минимального значения (на жестко) до необходимого значения податливости для конкретных горно-геологических условий.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования крепи для охраны подготовительных выработок, в которой выступ выполнен длиной на всю грань блока вдоль его центральной оси, выемки выполнены в виде сквозных поперечных канавок в перпендикулярном к продольной оси блока направлении, причем центральная выемка расположена посредине грани блока, а последующие - с двух сторон от нее на расстоянии шага размещения в охранной полосе выступов смежных блоков, а податливые элементы конструктивно не связаны с блоками. Кроме этого грань блока с выемками в форме сквозных поперечных канавок дополнительно оснащена расположенной вдоль центральной оси блока выемкой в форме сквозной канавки, при этом последняя выполнена одинакового размера с поперечными канавками.

При таком решении достигается технический результат, который заключается в более надежной и удобной фиксации между собой блоков крепи для охраны подготовительных выработок во время их выкладки как вдоль, так и поперек охранной полосы. Достижение такого технического результата обеспечивает потребительские свойства крепи для охраны подготовительных выработок, а именно, уменьшение трудоемкости установки ее в условиях шахты и улучшение состояния техники безопасности.

Поставленная задача решается тем, что в известной крепи для охраны подготовительных выработок, включающей выполненные в форме параллелепипедов блоки из материала на основе гидравлического вяжущего соединения, уложенные друг на друга, создавая охранную полосу вдоль выработки, каждый из которых имеет выступ и выемки, при этом выступ выполнен на верхней грани блока, а выемки, которые выполнены с возможностью размещения в них выступов смежных блоков, на противоположной ей грани блока, и податливые элементы, в соответствии с изобретением, выступ выполнен длиной на всю грань блока вдоль его центральной оси, выемки выполнены в виде сквозных поперечных канавок в перпендикулярном к продольной оси блока направлении, причем центральная выемка расположена посредине грани блока, а последующие - с двух сторон от нее на расстоянии шага размещения в охранной полосе выступов смежных блоков, а податливые элементы конструктивно не связаны с блоками. Кроме этого грань блока с выемками в форме сквозных поперечных канавок дополнительно оснащена расположенной вдоль центральной оси блока выемкой в форме сквозной канавки, при этом последняя выполнена одинакового размера с поперечными канавками.

Благодаря такой конструкции заявляемой крепи для охраны подготовительных выработок, обеспечивается причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и техническим результатом. Выступ, выполненный длиной на всю грань блока и направленный вдоль центральной оси блока, выемки, выполненные в форме сквозных поперечных канавок и направленные в перпендикулярном к продольной оси блока направлении, причем центральная выемка расположена посредине грани блока, а последующие - с двух сторон от нее на расстоянии шага размещения в охранной полосе выступов смежных блоков, и податливые элементы, конструктивно не связанные с блоками, позволяют укладывать блоки этими выемками на выступ предыдущего слоя блоков в перпендикулярных плоскостях без дополнительных усилий по ориентации блоков и какой-либо необходимости удерживать конструкцию, потому что выемки одного блока фиксируют выступы и удерживают сразу несколько блоков. Так как связь выступ-выемки, которые расположены не на соединении верхней и боковой граней, а в теле самого блока, удерживает конструкцию сама по себе достаточно прочно, последовательная укладка блоков в горизонтальной и вертикальной плоскостях удерживает охранную полосу в целом как единый массив.

Скрепленные между собой при помощи соединения выступ-выемка блоки соединяются в единый массив практически в момент укладки второго от грунта выработки слоя блоков, на который можно укладывать прослойку податливых элементов, на которые по вертикали снова укладывают очередной слой блоков. Количество шаров блоков и прослоек податливых элементов определяется горно-геологическими условиями. В заявляемой крепи для охраны подготовительных выработок отсутствует необходимость перекладывать каждый слой блоков прослойкой из податливых элементов, так как отсутствует конструктивная связь податливых элементов с самим блоком, что в результате позволяет варьировать податливость крепи от минимального значения (на жестко) до необходимого значения податливости для конкретных горно-геологических условий.

Для усиления связи между блоками охранной полосы как в продольном, так и поперечном направлениях и создания состояния единого целого, грань блока с выемками в форме сквозных поперечных канавок дополнительно оснащают ориентированной вдоль центральной оси блока выемкой в форме сквозной канавки, которая выполнена одинакового размера с поперечными канавками.

Таким образом, совокупность существенных признаков крепи для охраны подготовительных выработок, которая заявляется, позволяет достичь заявленный технический результат - более надежную и удобную фиксацию между собой блоков крепи для охраны подготовительных выработок во время их укладки как вдоль, так и поперек охранной полосы, что в свою очередь позволяет легко размещать на горизонтальной плоскости из блоков прослойку из податливых элементов, при этом количество прослоек и виды материалов, из которых они изготовлены, выбираются индивидуально с учетом конкретных горно-геологических условий. Достижение такого технического результата обеспечивает потребительские свойства заявляемой крепи для охраны подготовительных выработок, а именно: уменьшение трудоемкости установки ее в условиях шахты и улучшение состояния техники безопасности.

Суть изобретения, крепь для охраны подготовительных выработок, поясняется чертежами, на которых схематично изображено: (фиг.1) - блок вид спереди, (фиг.2) - блок вид сбоку, (фиг.3) - охранная полоса - вид вдоль выработки, (фиг.4) - поперечное сечение охранной полосы выработки, (фиг.5) - блок по п.2 формулы - вид спереди, (фиг.6) - блок по п.2 формулы - вид сбоку.

Крепь для охраны подготовительных выработок состоит из отдельных блоков 1 в форме параллелепипедов, которые выполнены из материала на основе гидравлического вяжущего соединения, например, цемента. С добавкой других составляющих блоки 1 могут быть изготовлены из цементно-песчаной смеси, бетона, железо-бетона и др. Верхняя грань 2 блока 1 имеет выступ 3, выполненный длиной на всю грань 2 блока и ориентированный вдоль центральной оси блока 4, а противоположная грань 5 блока 1 имеет выемки 6 с возможностью размещения в них выступов 3 блоков нижнего слоя крепи. Выемки 6 выполнены в форме сквозных поперечных канавок и ориентированы в перпендикулярном к продольной оси блока направлении. Центральная выемка расположена посредине грани блока, а последующие - с двух сторон от нее на расстоянии L, которое равно шагу размещения в охранной полосе выступов смежных блоков (фиг.1, 2).

В момент укладки блоков 1 в охранную полосу их ориентируют выступами в одну сторону, например, вверх, но можно и вниз. Дальше блоки укладывают так, чтобы выступы 3 смежных блоков предварительно уложенного слоя 7 блоков 1 попадали в выемки 6 последующего слоя 8 блоков 1. Таким образом, по высоте охранной полосы слои блоков ориентируются во взаимно перпендикулярных плоскостях, создавая охранную полосу, как единое целое (фиг.3, 4).

Блоки 9 по п.2 формулы (фиг.5, 6) в охранную полосу укладывают следующим образом: первый предыдущий уложенный слой 7 блоков ориентируют выступами в одну сторону, например, вверх, а следующий верхний слой 8 укладывают так, чтобы эти выступы попадали в дополнительную продольную выемку 10 на нижней грани 5 блока 9. Для создания охранной полосы как единого целого блоки последующего слоя могут размещаться со сдвигом их вдоль продольной оси, как кирпичи в строительстве (фиг.6). Третий слой блоков можно укладывать в перпендикулярной к выступам предыдущего слоя блоков плоскости. Все последующие слои крепи располагают в необходимой последовательности в зависимости от горно-геологических условий, ширины полосы, состояния кровли и грунта, др.

Податливые элементы 11 укладывают между слоями блоков 1 и/или 9 как прослойки (фиг.3, 4). Количество прослоек из податливых элементов и материал этих прослоек выбирают в зависимости от конкретных горно-геологических условий выработки, высоты, которую необходимо поддерживать, необходимого срока поддержания выработки и др. Прослойки могут отсутствовать (на жестко), могут быть уложены между несколькими слоями блоков 1 и др. Материал, который используют для податливых элементов, обеспечивает работу конструкции в необходимом режиме податливости. В качестве податливых элементов может использоваться распил, шпальный брус, ДСП, современные пены, др.

Для распора крепи между кровлей и грунтом выработки под последний слой блоков охранной полосы устанавливают прокладки 12 и расклинивают крепь. В случае необходимости прокладки устанавливают и на грунт выработки.

Заявляемая крепь для охраны подготовительных выработок может быть выполнена при помощи известных средств и способов, и при ее осуществлении способна обеспечить достижение заявленного технического результата, а следовательно, отвечает условию промышленной применимости.

Технических решений, идентичных заявляемой крепи для охраны подготовительных выработок, во время патентного поиска не выявлено. Таким образом, изобретение, которое заявляется, относится к горному делу и может использоваться для охраны подготовительных выработок, отвечает условиям патентоспособности, поскольку имеет изобретательский уровень, является новым и промышленно применимым.