репер индикации смещений массива горных пород

Формула изобретения

Репер индикации смещений массива горных пород, включающий дистанционный стержень, закрепленный в кровле выработки, навинчивающийся на другой конец дистанционного стержня оголовок репера, свободный конец которого выполнен с возможностью установки на него нивелирной рейки или линейки, отличающийся тем, что дистанционный стержень помещен внутри металлического трубчатого телескопического элемента, внешняя трубка которого с противоположных концов крепится к железобетонному тюбингу в замке собранного кольца обделки тоннеля, внутренняя трубка телескопического элемента помещена внутри резиновой трубки, вставленной внутри внешней, а в навинчивающимся оголовке и дистанционном стержне выполнены пазы под ключ.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к оборудованию для проведения исследований сдвижения горных пород при проходке тоннелей, закрепляемых металлической или железобетонной тюбинговой крепью, и может быть использовано для определения смещений массива в затюбинговом пространстве.

Известно устройство для определения (индикации) смещений массива горных пород, называемое репером, который закладывают в кровле, в боковых стенках и почве выработки. Репер представляет собой металлический стержень, корпус которого бетонируют в шпуре, оставляя часть шпура (100-200 мм) не заполненной раствором. Свободный конец репера обозначают центром и выполняют с возможностью установки на него рейки или линейки. Помимо бетонирования реперы в шпуре могут закрепляться тремя-четырьмя ярусами "ершей" (Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений / М-во цв. Мет. СССР. Горное управление: Введ.3.07.86. - Разраб. ВНИМИ, ВНИПИгорцветмет. - М.: Недра. 1988, стр.49-50). При использовании в качестве репера штанги с распорно-конусным замком, закрепление осуществляется с помощью разрезной гильзы, в которую входит конус, распирая разрезанные части гильзы. Движение конуса во внутрь разрезной гильзы осуществляется через резьбовое соединение конуса и штанги (Инструкция по производству маркшейдерских работ / Министерство угольной промышленности СССР, Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела. - М.: Недра, 1987, стр.124; Баклашов И. В., Тимофеев О. В. Конструкции и расчет крепей и обделок. М.: Недра, 1979, стр.65-69). При закладке реперов на ходовой стороне выработки (в боку выработки) и в ряде других случаев, когда необходимо обеспечить сохранность центра, с одной стороны, и отсутствие помех от заложенного репера при эксплуатации выработок, с другой стороны, применяют реперы со съемной головкой (Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений / М-во цв. Мет. СССР. Горное управление: Введ.3.07.86. - Разраб. ВНИМИ, ВНИПИгорцветмет. - М.: Недра. 1988, стр.48-49). В этом случае корпус репера с переходником закрепляют в шпуре, например, с помощью распорно-конусного замка, описанного выше, но при этом переходник не выступает за поверхность стенки выработки. Головку репера, выполненную с центрами и с возможностью установки на нее рейки или линейки, навинчивают на переходник только на период измерений. Описанная конструкция со съемной головкой (устройства для индикации смещений массива горных пород) принята за прототип.

Недостатком описанных устройств индикации смещений массива горных пород, в том числе и прототипа, является невозможность измерения смещений массива горных пород, когда пространство между тюбинговой крепью и контуром тоннельной выработки заполнено раствором бетона после установки кольца из тюбингов, при одновременном обеспечении герметизации затюбингового пространства как в период набора прочности бетона, так и в период эксплуатации тоннельной выработки.

Техническим результатом изобретения является расширение области применения устройства путем обеспечения свободного перемещения закрепленного в массиве горных пород дистанционного стержня со съемным оголовком соответственно смещению массива в пространстве между тюбинговой крепью и контуром выработки, заполняемым бетоном после сборки кольца из тюбингов, и герметизации затюбингового пространства как в период нагнетания туда бетонного раствора, так и в период после набора его прочности и далее на весь период эксплуатации тоннельной выработки.

Технический результат достигается тем, что в репере индикации смещений массива горных пород, включающем дистанционный стержень, закрепленный в кровле выработки, навинчивающийся на другой конец дистанционного стержня оголовок репера, свободный конец которого выполнен с возможностью установки на него нивелирной рейки или линейки, согласно изобретению дистанционный стержень помещен внутри металлического трубчатого телескопического элемента, внешняя трубка которого с противоположных концов крепится к железобетонному тюбингу в замке собранного кольца обделки тоннеля, внутренняя трубка телескопического элемента помещена внутри резиновой трубки, вставленной внутри внешней, а в навинчивающемся оголовке и дистанционном стержне выполнены пазы под ключ.

Перечисленные отличительные признаки предлагаемого устройства представляют собой совокупность новых конструктивных элементов. Поскольку эти признаки позволяют получить новый положительный эффект, заключающийся в возможности измерения смещений контура выработки, находящегося в недоступном затюбинговом пространстве, заполненного бетоном, и герметизации этого пространства как в период набора прочности бетона, так и в период эксплуатации тоннельной выработки, следовательно, и предлагаемое устройство в целом могут быть признаны удовлетворяющими критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показано устройство индикации в собранном рабочем состоянии; на фиг.2 - установка внешней трубки телескопического устройства; на фиг.3 - устройство индикации смещения массива горных пород, установленное в замковом тюбинге кольца обделки; на фиг.4 - общий вид устройства в аксонометрии.

Устройство (фиг.1) содержит телескопический элемент, состоящий из внешней металлической трубки 1, внутри которой вставлена резиновая трубка 2, и внутренней металлической трубки 3, вставленной во внутреннее пространство резиновой трубки 2. Диаметры всех трех трубок подбираются таким образом, чтобы взаимное перемещение внешней 1 и внутренней 2 трубок происходило под натягом резиновой трубки 2. В результате в таком телескопическом элементе перемещение металлических трубок осуществляется с фиксацией этих трубок после прекращения перемещений за счет трения между резиновой и металлической поверхностями и сохранением герметичности пространства между трубками 1 и 3. Для того чтобы резиновая трубка 2 находилась в неподвижном состоянии при перемещении внутренней металлической трубки 3, внешнюю металлическую трубку с обоих концов завальцовывают или резиновую трубку 2 приклеивают к внутренней поверхности металлической трубки 1. Внешняя металлическая трубка 1 телескопического элемента вставляется в специально просверленное в замковом тюбинге 4 отверстие и крепится с помощью, например, двух гаек 5 к тюбингу 4. Для герметизации затюбингового пространства 6, куда будет нагнетаться раствор бетона, под гайки 5 подкладываются резиновые прокладки 7. Дистанционный стержень 8 с оголовком 9 посредством распорно-конусного замка, представляющего собой разрезную гильзу, образующую металлические рифленные лепестки 10, и конусную гайку 11, накрученную на один конец дистанционного стержня 8, жестко закрепляется в просверленном в массиве горных пород отверстии 12. Закрепление осуществляется вкручиванием дистанционного стержня 8 в конусную гайку 11. За счет упорной шайбы 13 разрезная гильза с металлическими лепестками 10 будет оставаться на месте, а конусная гайка 11 перемещаться вниз, расклинивая замковое устройство в отверстии 12. Для надежного закрепления распорно-конусного замка в дистанционном стержне 8 и оголовке 9 делаются пазы 14 под гаечные ключи. Перед расклиниванием, используя эти пазы, ключами скручивают оголовок 9 и дистанционный стержень 8 и далее, используя пазы оголовка 9, ключом производят закручивание дистанционного стержня 8 в конусную гайку 11, расклинивая тем самым замковое устройство. После завершения измерений оголовок 9 откручивается и на внешнюю трубку 1 накручивается крышка 15, служащая для сохранности дистанционного стержня от внешних повреждений и дополнительной герметизации в период, когда не производят измерения.

Монтаж устройства осуществляется следующим образом. Перед тем как устанавливать замковый тюбинг 4 (фиг.2 и фиг.3), в нем просверливается отверстие, в которое устанавливается и закрепляется, как это описано выше, металлическая внешняя трубка 1 вместе с резиновой 2 (фиг.2). Затем производится установка замкового тюбинга вместе с установленными трубками 1 и 2, завершая установку кольца обделки тоннеля. Используя внутреннее пространство трубки 2, перфоратором в массиве горных пород 16 высверливают отверстие 12 для установки в него распорно-конусного замка. С помощью дистанционного стержня 8, скрученного с оголовком 9, заводят в отверстие 12 распорно-конусный замок и закрепляют его. Далее вставляют внутреннюю трубку 3 и перемещают ее до контакта с массивом горных пород (контуром выработки). Фиксация в момент контакта осуществляется за счет трения с резиновой трубкой 2. Для надежного контакта внутренней трубки 3 с массивом горных пород 16 ее верхний конец затачивается на конус 17 и частично внедряется в массив посредством ударов по противоположному концу этой внутренней трубки 3 (фиг.1).

Далее по технологии крепления тоннельной выработки в пространство между тюбинговой крепью и контуром выработки нагнетается бетонный раствор. Учитывая конструкцию предлагаемого устройства, бетонный раствор распределится в затюбинговом пространстве без нарушения технологии крепления.

В период набора бетоном своей прочности (2-3 суток) массив горных пород сначала будет смещаться без передачи смещений на тюбинговую крепь, а затем - с частичной их передачей на крепь, вплоть до полной передачи смещений, когда бетон наберет свою прочность. Вместе с массивом будет смещаться дистанционный стержень 8 с оголовком 9, изолированный от бетона трубкой 3. Смещение массива передастся и на трубку 3, которая скомпенсирует его, сдвигаясь относительно внешней трубки 1 без потери контакта с массивом 16 за счет трения с резиновой трубкой 2. Измерения заключаются в периодической передаче высотной отметки на оголовок 9. Для чего на нижний срез оголовка 9 устанавливается нивелирная рейка (линейка), а на опорный репер - нивелирная рейка. Далее с помощью нивелира передается высотная отметка с опорного репера на оголовок 9. На этом заканчивается первая серия наблюдений. Через определенный промежуток времени действия по передаче высотной отметки повторяют - это вторая серия наблюдений. Аналогично проводится третья, четвертая и т.д. серии наблюдений. Разность между высотными отметками нижнего среза оголовка 9, определенных в соседних сериях наблюдений, дадут вертикальные смещения оголовка 9, а следовательно, смещения массива в затюбинговом пространстве на определенный момент времени.

Преимуществом предлагаемого устройства является измерение вертикальных смещений в недоступном затюбинговом пространстве тоннельной выработки в период с момента окончания нагнетания туда бетонного раствора до полного набора его прочности. Конструкция устройства позволяет это осуществить без нарушения технологии крепления тоннельной выработки и сохранением полной герметичности тюбинговых колец обделки при проходке тоннелей в обводненных породах.

Предлагаемое устройство предусматривается использовать при проходке тоннелей различного назначения, в том числе тоннелей метрополитена, в частности Санкт-Петербургского, с целью повышения достоверности прогноза сдвижений и деформаций земной поверхности, плотно застроенной городскими зданиями и сооружениями, а также совершенствования технологии крепления тоннельных выработок.