способ возведения пружинной крепи и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ возведения пружинной крепи, включающий установку крепящего элемента по винтовой линии в выработке круглого сечения, отличающийся тем, что крепление выработки осуществляют посекционно сразу за проведением выработки, для чего производят сжатие секции пружинной крепи на устройстве для сжатия пружинной крепи в соответствии с условием:

D_своб>D_скв>D_опр,

где D_своб - диаметр секции пружинной крепи в свободном состоянии, мм;

D_cкв - диаметр выработки, мм;

D_oпp - диаметр цилиндрической оправки устройства для сжатия пружинной крепи, мм,

при этом D_oпp определяют по следующей зависимости:

D_oпp=(D_скв-dk),

где dk - технологический зазор, мм;

dk = (h+2D_ст),

где h - параметр учитывающий изменение диаметра скважины при бурении, мм;

D_ст - диаметр стержня пружинной крепи, мм;

при этом сжатие производят следующим образом: секцию пружинной крепи в свободном состоянии (D_своб) устанавливают на цилиндрическую оправку устройства, которую располагают на оси в крайнем положении, справа от закаточного приспособления, закрепляют конец стержня пружинной крепи на цилиндрической оправке, а затем перемещают ее по оси к закаточному приспособлению и вводят в него, для чего отжимают рычаг со спаренными прижимными роликами и устанавливают правый ролик (ближний к цилиндрической оправке) на закрепленный конец стержня пружинной крепи, и затем начинают вращать и одновременно перемещают цилиндрическую оправку таким образом, чтобы правый ролик, катясь по стержню пружинной крепи, прижимал первый виток к цилиндрической оправке, далее на этот виток заводят правые ролики второй пары и третьей пары прижимных роликов, после того, как правые ролики, перемещаясь по стержню пружинной крепи, начинают прижимать второй виток, смежные ролики каждой пары поочередно направляют на первый виток пружинной крепи, т.е. нормируют межвитковый шаг сжатия стержня секции пружинной крепи на цилиндрической оправке, далее последовательно осуществляют сжатие каждого витка секции и затем закрепляют второй конец стержня пружинной крепи и производят фиксацию шага всех витков секции пружинной крепи с помощью трех лент, которые располагают на цилиндрической оправке под углом 120^o, далее снимают с устройства для сжатия пружинной крепи цилиндрическую оправку со сжатой на ней секцией крепи, крепят к ней доставочный трос лебедки и трос управления зажимами, опускают цилиндрическую оправку в выработку до места возведения крепи и освобождают оба конца стержня сжатой секции пружинной крепи, затем цилиндрическую оправку поднимают из скважины, снимают доставочный трос лебедки и трос управления зажимами и устанавливают ее на ось устройства для сжатия пружинной крепи.

2. Устройство для сжатия пружинной крепи, включающее цилиндрическую оправку, отличающееся тем, что оно состоит из станины, по краям которой закреплены опоры с цилиндрическими отверстиями, в которых установлена трубчатая ось с перемещающейся по ней цилиндрической оправкой, при этом в середине станины в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, закреплены два кронштейна, на которых установлено закаточное приспособление, выполненное в виде замкнутого трубчатого кольца, на котором под углом 120^o расположены три пары прижимных роликов, причем одна из них установлена на подвижном подпружиненном рычаге, а остальные две стационарно закреплены на внутренней поверхности замкнутого трубчатого кольца, причем расстояние между закаточным приспособлением и каждой из опор оси равно длине цилиндрической оправки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в горной промышленности, геологии, гражданском строительстве и т.д. для крепления вертикальных и наклонных выработок круглого сечения диаметром от 500 до 1500 мм.

Известен способ крепления выработок круглого сечения (А. с. СССР 1465588, МКИ Е 21 D 11/14, опубл. 15.03.89, БИ 10), заключающийся в установлении в выработке крепи, состоящей из соединенных между собой сегментов, по винтовой линии. Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость возведения крепи, многооперационность процесса возведения крепи.

Известно устройство для возведения крепи в выработке круглого сечения (А. с. СССР 1458577, МКИ Е 21 D 5/00, опубл. 15.02.89, БИ 34,) состоящее из размещенного на ставе буровой установки барабана в виде катушки с ребордами, на котором намотан гибкий упругий крепящий элемент с зафиксированным на катушке внутренним концом, причем барабан снабжен цилиндрическим кожухом с вырезом, а на каждой реборде выполнена цилиндрическая направляющая, расположенная на внутренней поверхности внешнего края реборды, при этом цилиндрический кожух установлен с возможностью вращения в цилиндрических направляющих и размещен вокруг гибкого упругого крепящего элемента, внешний конец которого пропущен через вырез кожуха. Недостатком известного устройства является неконтролируемость шага установки крепящего элемента.

Известен способ возведения крепи и устройство для реализации этого способа (А.с. СССР 1178898, МКИ Е 21 D 5/00, опубл. 15.09.85, БИ 34), включающий наматывание крепящего элемента на барабан (цилиндрическая оправка), установку крепящего элемента по винтовой линии в выработке круглого сечения. Крепящий элемент наматывают на барабан многослойно, внешний конец которого фиксируют в устье выработки, при этом крепление выработки производят путем сматывания крепящего элемента с барабана по мере перемещения последнего по оси выработки, после чего второй конец фиксируют на стенке выработки.

Недостатки известного способа заключаются в том, что крепление выработки осуществляется после окончания проведения выработки, т.е. борта выработки длительное время остаются незакрепленными, вследствие чего возможны вывалы из бортов выработки, уменьшение сечения и т.д., а также необходимость фиксации конца крепящего элемента на стенке выработки. Кроме того, крепь, установленная по данному способу, не имеет податливости, а следовательно, имеет ограничения по области применения.

Устройство для реализации этого способа имеет следующие недостатки: нерациональность применения в условиях ограниченного рабочего пространства из-за больших габаритов и крепления выработок небольшой протяженности, а также невозможность применения в полевых условиях для крепления шурфов.

Целью настоящего изобретения является снижение трудоемкости возведения крепи, повышение эффективности крепления выработок за счет податливости пружинной крепи и создания первоначального подпора на массив посредством секционного возведения пружинной крепи вслед за проведением выработки.

Поставленная цель достигается тем, что возведение пружинной крепи производят посекционно сразу за проведением выработки, для чего секцию пружинной крепи устанавливают в устройство для сжатия пружинной крепи, и производят сжатие витков секции до диаметра меньше диаметра выработки в соответствии с условием

D_своб>D_скв>D_опр,

где D_cвoб - диаметр секции пружинной крепи в свободном состоянии, мм;

d_ckв - диаметр выработки, мм;

D_oпp - диаметр цилиндрической оправки устройства для сжатия пружинной крепи, мм;

при этом D_onp определяют по следующей зависимости:

D_oпp=(D_cкв-dk),

где dk- технологический зазор, мм;

dk = (h+2D_ст),

где h - параметр, учитывающий изменение диаметра скважины при бурении, мм;

D_ст - диаметр стержня пружинной крепи, мм;

при этом сжатие на устройстве для сжатия пружинной крепи производят следующим образом: секцию пружинной крепи в свободном состоянии (D_своб) укладывают на цилиндрическую оправку устройства, которую располагают на оси в крайнем положении, справа от закаточного приспособления, закрепляют конец стержня пружинной крепи на цилиндрической оправке, а затем перемещают ее по оси к закаточному приспособлению и вводят в него, для чего отжимают рычаг с установленными на нем спаренными прижимными роликами и устанавливают правый ролик (ближний к цилиндрической оправке) на закрепленный конец стержня пружинной крепи, затем начинают вращать и одновременно перемещают цилиндрическую оправку таким образом, чтобы ролик, катясь по стержню пружинной крепи, прижимал первый виток к цилиндрической оправке, далее на этот виток заводят крайние ролики второй и третьей пары спаренных прижимных роликов, которые стационарно установлены на кольце закаточного приспособления, после того, как крайние правые ролики, перемещаясь по стержню пружинной крепи, начинают прижимать второй виток, смежные ролики каждой пары поочередно направляют на первый виток пружинной крепи, т.е. нормируют межвитковый шаг сжатия стержня секции пружинной крепи на цилиндрической оправке. Далее последовательно осуществляют сжатие каждого витка секции и затем закрепляют второй конец стержня пружинной крепи. После чего производят фиксацию шага всех витков секции пружинной крепи с помощью трех лент, которые располагают на цилиндрической оправке под углом 120^o друг к другу. Далее снимают с устройства для сжатия пружинной крепи цилиндрическую оправку со сжатой на ней секцией крепи, крепят к ней доставочный трос лебедки и трос управления, опускают цилиндрическую оправку в выработку до места возведения крепи и освобождают оба конца стержня сжатой секции пружинной крепи, затем цилиндрическую оправку поднимают из скважины, снимают доставочный трос лебедки и трос управления зажимами и устанавливают ее на ось устройства для сжатия пружинной крепи.

Поставленная цель достигается также тем, что устройство для сжатия пружинной крепи состоит из станины, по краям которой закреплены опоры с цилиндрическими отверстиями, в которых установлена трубчатая ось с перемещающейся по ней цилиндрической оправкой, при этом в середине станины в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, закреплены два кронштейна, на которых установлено закаточное приспособление, выполненное в виде замкнутого трубчатого кольца, на котором под углом 120^o расположены три пары прижимных роликов, причем одна из них установлена на подвижном подпружиненном рычаге, а остальные две стационарно закреплены на внутренней поверхности замкнутого трубчатого кольца, причем расстояние между закаточным приспособлением и каждой из опор оси равно длине цилиндрической оправки.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено устройство для сжатия пружинной крепи;

на фиг.2 изображено закаточное приспособление;

на фиг.3 показан процесс установки секции пружинной крепи в выработку.

Способ возведения пружинной крепи осуществляют следующим образом: возведение пружинной крепи производят посекционно сразу за проведением выработки, для чего секцию пружинной крепи устанавливают в устройство для сжатия пружинной крепи (фиг. 1) и производят сжатие витков секции до диаметра, меньше диаметра выработки в соответствии с условием

D_своб>D_скв>D_опр,

где D_своб - диаметр секции пружинной крепи в свободном состоянии, мм;

D_скв - диаметр выработки, мм;

D_oпp - диаметр цилиндрической оправки устройства для сжатия пружинной крепи, мм;

при этом D_oпр определяют по следующей зависимости:

D_oпp=(D_cкв-dk),

где dk - технологический зазор, мм;

dk = (h+2D_ст),

где h - параметр, учитывающий изменение диаметра скважины при бурении, мм;

D_cт - диаметр стержня пружинной крепи, мм.

Устройство для сжатия пружинной крепи состоит из закрепленных на станине 1 (фиг. 1) кронштейнов 2 и опор 3. На опорах 3 установлена трубчатая ось 4, служащая для свободного перемещения цилиндрической оправки 5, по краям которой расположены зажимы 6. В кронштейнах 2 закреплено закаточное приспособление 7, состоящее из замкнутого трубчатого кольца 8 (фиг.2), спаренных прижимных роликов 9 и 10, расположенных на внутренней поверхности замкнутого трубчатого кольца 8 закаточного приспособления 7 под углом 120^o друг к другу, при этом спаренные прижимные ролики 10 установлены на рычаге 11, который установлен подвижно на замкнутом трубчатом кольце 8. Пружина растяжения 12 закреплена одним концом на замкнутом трубчатом кольце 8, другим - на рычаге 11. Спаренные прижимные ролики 9 закреплены на замкнутом трубчатом кольце 8 стационарно.

Сжатие секции крепи производят на устройстве для сжатия пружинной крепи (фиг. 1) следующим образом: секцию пружинной крепи в свободном состоянии (D_своб) устанавливают на цилиндрическую оправку 5 устройства и закрепляют на ней конец стержня пружинной крепи 13 зажимом 6, а затем перемещают цилиндрическую оправку 5 по трубчатой оси 4 к закаточному приспособлению 7 и вводят в него, для чего отжимают рычаг 11 с установленными на нем спаренными прижимными роликами 10 (фиг.1, 2) и устанавливают правый ролик (ближний к цилиндрической оправке) на закрепленный конец стержня пружинной крепи и затем начинают вращать и одновременно перемещают цилиндрическую оправку 5 (фиг. 1) таким образом, чтобы правый ролик спаренных прижимных роликов 10 (фиг. 2, вид А), катясь по стержню пружинной крепи 13 (фиг.3), прижимал первый виток к цилиндрической оправке 5 (фиг.1). Далее на этот виток заводят правые, ближние к цилиндрической оправке 5, спаренные прижимные ролики 9 (фиг. 2, вид А), которые стационарно установлены на кольце закаточного приспособления. После того, как крайние правые ролики спаренных прижимных роликов 9, 10 (фиг.2), перемещаясь по стержню пружинной крепи 13, начинают прижимать второй виток, смежные ролики каждой пары (фиг.2) поочередно направляют на первый виток пружинной крепи, т.е. нормируют межвитковый шаг S (фиг.2, вид А) сжатия стержня секции пружинной крепи на цилиндрической оправке 5 (фиг. 1, 2). Далее последовательно осуществляют сжатие каждого витка секции и затем закрепляют второй конец стержня пружинной крепи. После чего производят фиксацию шага всех витков секции пружинной крепи с помощью трех лент 14, которые располагают на цилиндрической оправке под углом 120^o.

Далее снимают с устройства для сжатия пружинной крепи цилиндрическую оправку 5 (фиг. 1) со сжатой на ней секцией крепи, крепят к ней доставочный трос лебедки 15 (фиг.3) и трос управления зажимами 16, опускают цилиндрическую оправку 5 в выработку 17 до места возведения крепи с помощью троса управления зажимами 16, освобождают оба конца стержня 13 сжатой секции пружинной крепи, затем цилиндрическую оправку 5 поднимают из выработки 17, снимают доставочный трос лебедки 15 и трос управления зажимами 16 (фиг.3) и устанавливают ее на трубчатую ось 4 (фиг.1) устройства для сжатия пружинной крепи.

Данный способ возведения крепи и устройство для его осуществления были апробированы в лабораторных условиях.

Для чего было изготовлено устройство для сжатия пружинной крепи, на котором произвели сжатие секции пружинной крепи (фиг.4).

Установку секции пружинной крепи в искусственной скважине производили следующим образом (фиг.5): цилиндрическую оправку со сжатой на ней секцией крепи опустили в искусственную скважину, представляющую собой металлическую трубу диаметром 500 мм. Затем с помощью троса управления открыли зажимы, удерживающие секцию крепи, после чего секция крепи освободилась и заняла устойчивое положение в скважине (фиг.6).

Предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества:

- позволяет снизить трудоемкость возведения крепи;

- позволяет контролировать шаг установки крепящего элемента;

- обеспечивает подпор на горный массив сразу после проведения выработки;

- посекционное возведение пружинной крепи придает ей важное свойство - податливость;

- устройство для сжатия пружинной крепи просто в изготовлении, дешево и компактно, что позволит использовать его в выработках небольшого сечения и в полевых условиях.