элемент шахтной крепи

Формула изобретения

1. Элемент шахтной крепи в виде многослойной пластины, хотя бы один из слоев которой выполнен анизотропным из пластмассы, отличающийся тем, что содержит два основных слоя из пластмассы, причем наружный слой выполнен изотропным.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя наружного слоя используется изотропный дисперсный наполнитель.

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя слоя с анизотропными свойствами используется стеклонаполнитель.

4. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего обоих слоев используется олигомер.

5. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве дисперсного наполнителя используется керамзит.

6. Элемент по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве стеклонаполнителя используется как минимум один слой стеклоткани.

7. Элемент по п.1 или 4, отличающийся тем, что связующее наружного слоя имеет дисперсную структуру.

8. Элемент по п.1 или 4, отличающийся тем, что связующее слоя с анизотропными свойствами имеет доменную структуру.

9. Элемент по п.1 или 4, отличающийся тем, что в качестве олигомера используется природная фенолсодержащая смола.

10. Элемент по любому из пп.1, 4 и 9, отличающийся тем, что смола модифицирована введением амино- и эпоксигрупп.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности к элементам крепления горизонтальных горных выработок при строительстве подземных сооружений, особенно в условиях агрессивных сред.

Известны элементы шахтной крепи в виде металлической пластины, например имеющие гофрированный профиль [1]. Несмотря на высокую прочность, такие элементы имеют высокую стоимость и подвержены коррозии.

Наиболее часто в качестве материала элементов шахтной крепи используется более дешевый железобетон, который, однако, имеет относительно высокий удельный вес. Устранение данного недостатка в основном осуществляется за счет усиления металлической арматуры, например, путем ее специальной конструкции [2] или предварительного полезного напряжения [3]. Однако нижняя часть железобетонного элемента крепи от действия изгибающего момента испытывает напряжения растяжения, плохо воспринимаемые бетоном, отчего последний растрескивается, обнажая арматуру, которая после этого быстро разрушается от коррозии.

Известно выполнение некоторых элементов шахтной крепи, например верхняка [4] и наружного покрытия [5], из стеклопластика, однако известные конструкции не полностью используют свойства этого материала - относительно легкого и не восприимчивого к условиям агрессивной среды.

В качестве прототипа выбран элемент шахтной крепи в виде многослойной пластины из железобетона с наружным слоем из стеклопластика [6]. Однако и в данной конструкции свойства стеклопластика использованы не полностью, кроме того, известному элементу присущи, хотя и в меньшей мере, недостатки, относящиеся к вышеупомянутым железобетонным элементам.

Целями изобретения являются: повышение долговечности, снижение удельного веса и себестоимости элементов шахтной крепи.

Указанные цели достигаются следующим образом.

Элемент шахтной крепи представляет из себя многослойную пластину, содержащую, как минимум, два основных слоя из пластмассы, причем наружный слой выполнен изотропным, а другой - анизотропным.

В качестве наполнителя наружного слоя лучше использовать изотропный дисперсный наполнитель, например керамзит.

В качестве наполнителя слоя с анизотропными свойствами лучше использовать стеклонаполнитель, например стеклоткань.

В качестве связующего обоих слоев лучше использовать олигомер (с гидроксильными, карбонильными, карбоксильными, эпокси- и другими функциональными группами). Причем наилучший результат достигается, когда связующее верхнего слоя имеет дисперсную структуру, а связующее слоя с анизотропными свойствами - доменную структуру. В качестве олигомера лучше и дешевле использовать природную фенолсодержащую смолу, которую можно модифицировать амино- и эпоксигруппами.

Изобретение поясняется чертежом, состоящим из одной фигуры, на которой представлен общий вид элемента шахтной крепи в аксонометрии.

Изобретение поясняется на примере пластмассового элемента крепи, используемого в качестве бортовой или кровельной панели.

Двухслойная панель состоит из наружного слоя 1 с керамзитным наполнителем 2 и внутреннего слоя 3 с наполнителем из нескольких слоев стеклоткани 4. В качестве связующего-матрицы может быть использована любая смола-олигомер, например эпоксидная или фенолформальдегидная, причем матрица 5 имеет дисперсную структуру, а матрица 6 - доменную.

После установки панели между рамами крепи панель начинает подвергаться воздействию статической нагрузки от давления породы и динамической нагрузке - ударной от местных вывалов и выпадения кусков нарушенных пород, циклической от передающихся через породу и другие элементы крепи вибраций от работающих механизмов. При этом наружный слой 1 в основном испытывает напряжения сжатия в двух плоскостях (от давления породы и изгиба) и ударные нагрузки, которые демпфируются за счет пористости керамзита 2 и пластичности матрицы 5 с дисперсной структурой. Изотропные свойства этого слоя позволяют минимизировать его толщину. Слой 3 испытывает в основном напряжения растяжения и воздействия агрессивных сред. Разрушения слоя 3 не происходит, т.к. доменная матрица 6 в сочетании со стеклотканью 4 слоя 3 обладает синергизмом механических и защитных свойств.

Предлагаемый элемент имеет плотность в два раза меньшую, чем железобетон, в несколько раз больший эффективный срок использования, более низкую себестоимость. Кроме того, элемент обладает высокой виброустойчивостью, не восприимчив к агрессивным средам, повышенной влажности и перепадам температур. При ручном монтаже такой монтаж производится не двумя, а одним рабочим.

Источники информации

1. Патент РФ N 2091590, 1997.

2. Патент РФ N 2020226, 1994.

3. Патент РФ N 2047716, 1995.

4. Патент РФ N 2064583, 1996.

5. Публикация Японии N 08260898, 1996 (заявка N 07086448, 1995).

6. Публикация Японии N 11081888, 1999 (заявка N 09259438, 1997).