замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей

Формула изобретения

Замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей, содержащий планку с отверстиями, крепежную скобу П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через отверстия планки, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили, гайки, а также усилители-стабилизаторы, установленные между планкой и фланцами внутреннего спецпрофиля, отличающийся тем, что они выполнены в виде двух полусфер с элементом-наполнителем, контактирующих между собой по окружности большого круга, в полюсах полусфер образованы отверстия, через которые пропущены резьбовые концы П-образной скобы, а внешняя поверхность сферы, образующаяся при сочленении обоих полусфер, контактирует с наклонной боковой стенкой спецпрофиля, одновременно при этом торцевая плоскость полюса одной из полусфер опирается в планку замка, а с диаметрально противоположной стороны другой полусферы введена в распор с фланцем шахтного спецпрофиля.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к горнодобывающей и угольной промышленности, в частности к зажимным устройствам для скользящих при максимальной нагрузке соединений арочных элементов податливых металлических рамных крепей, выполненных из шахтных спецпрофилей и используемых для крепления горных (подземных) выработок рудников, угольных и сланцевых шахт.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно, что для крепления и поддержания горных выработок угольных, рудниковых и сланцевых шахт применяются жесткие и податливые металлические рамные крепи. Жесткие крепи применяются главным образом в условиях с постоянным и незначительным горным давлением. Податливые рамные крепи наиболее универсальны, т.к. они находят применение в сложных горно-геологических условиях, при возможном значительном влиянии очистных работ на крепление выработки. Одним из основных преимуществ рамных податливых крепей является их способность работать в податливом режиме, т.е. воспринимать смещения горных пород при возрастании горного давления.

Рама податливой крепи образована из звеньев, выполняемых из шахтных спецпрофилей, и ей может придаваться разнообразная форма в зависимости от назначения выработки и ожидаемых проявлений горного давления. Несущие элементы рамной податливой крепи выполнены в виде прямо- или криволинейных стержней, работающих на сжатие и (или) изгиб. Они выполняют функцию восприятия и перераспределения давления со стороны массива на окружающие выработку породы, создают подпор на контуре и препятствуют развитию смещений пород внутрь выработки. Несущий элемент, воспринимающий нагрузку со стороны кровли, обычно называют верхняком. Он передает нагрузку на сочлененные с ним посредством различного типа соединений несущие элементы, называемые стойками. Последние, при незамкнутой конструкции крепи, опираются своими концами на почву горной выработки, а в замкнутой - на нижний несущий элемент (лежень).

Наиболее распространенными формами арок рамных крепей являются кольцевая (циркульная), подковообразная, овоидная, эллиптическая; значительно реже встречаются сводчатая и трапециевидная формы (см. В.Н.Каретников, Б.Клейменов, А.Г.Нуждихин Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник. - М.: Недра, 1989. - 571 с.: ил.).

Как правило, в сложных горно-геологических условиях применяют многозвенные (трехзвенные, пятизвенные) металлические рамные податливые крепи (см. Б.А.Грядущий, Н.А.Алиев, В.Б.Грядущий Критерии, определяющие возможности интенсификации отработки месторождений полезных ископаемых. В сборнике научных трудов: Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Часть 1; Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности МакНИИ. Макеевка-Донбасс, 2004. стр.106...118).

Трехзвенные металлические рамные податливые крепи рекомендуются для горных выработок с ожидаемым смещением пород кровли до 500 мм. Пятизвенные металлические рамные податливые крепи применяются в основном для горных выработок с ожидаемым смещением пород кровли более 500 мм.

Работоспособность крепи во многом зависит от принятой конструкции соединений (узлов) несущих звеньев. Среди них следует различать жесткие, шарнирные, податливые и комбинированные. Соединения грузонесущих элементов друг с другом не только должны воспринимать все усилия, возникающие в крепи, но и обеспечивать необходимую деформационную характеристику крепи. Жесткое соединение элементов является наиболее простым по конструкции и обеспечивает неподвижную фиксацию контактирующих элементов. Шарнирное соединение элементов дает возможность их взаимного поворота в плоскости рамы с заданным изгибающим моментом, равным в обычных соединениях моменту сил трения в шарнире. Если соседние элементы крепи соединены податливо, то в зависимости от конструкции такого соединения («узла» или «замка» податливости) один из них или оба могут перемещаться в продольном направлении, если продольная сила превышает сопротивление податливости. От характеристики замка податливости зависит работоспособность крепи в целом. Количество и место расположения того или иного соединения должно определяться особенностями взаимодействия крепи с массивом. Наибольшее распространение получили податливые и шарнирные соединения. Жесткие соединения преобладали главным образом в устаревших конструкциях и почти вышли из употребления.

Согласно приведенному описанию конструкции рамная крепь состоит из большого числа элементов различного функционального назначения, которые должны, взаимодействуя друг с другом и массивом горных пород, обеспечить эксплуатационную устойчивость выработки в различных горно-геологических условиях.

Работоспособность и деформационно-силовые характеристики стальных рамных крепей, область их эффективного применения во многом зависит от числа, месторасположения и конструктивной эффективности соединений их звеньев.

Наиболее распространенным видом силового замыкания звеньев рам из спецпрофилей в узлах податливости, соединяемых внахлестку, являются замки различного конструктивного исполнения. Замки, обычно, состоят из скоб П-образной формы с резьбовыми концами, планок с отверстиями и гаек, соединенных таким образом, что при смещении массива горных пород происходит их взаимное скольжение с одновременным изменением поперечного сечения рамы. Скольжение звеньев (спецпрофилей) податливой крепи в узлах податливости зависит от рабочей характеристики желобчатых спецпрофилей и обусловлено формой их поперечного сечения и материалом. Спецпрофили на участках сочленения фиксируются замками с определенным усилием, граничная величина которого зависит от конструктивных особенностей самих замков.

Работа податливой крепи во многом зависит от параметров рабочей характеристики замка, основное назначение которого состоит в том, чтобы при его затяжке создать стабильные усилия трения между сопряженными в узлах податливости поверхностями шахтных спецпрофилей. Отсюда и требования к такой крепи: взаимное скольжение спецпрофилей в податливом режиме должно осуществляться с обеспечением стабильного рабочего сопротивления крепи. Таким образом, величина и стабильность сопротивления рамы податливой крепи наряду с формой поперечного сечения и материалом спецпрофилей существенно зависит и от конструкции замков узлов податливости и их функциональной возможности осуществлять силовое замыкание.

В горнодобывающей и угольной промышленности нашли применение в основном два типа замков узлов податливости - болтового и клинового типов(см. Б. А. Маркович Шахтная металлическая крепь и способы ее массового производства. - М.: Недра, 1974. с.7, рис.3, с.8, рис.4, с.5, рис.5). Наиболее широкое распространение получили замки узлов податливости болтового типа трех известных видов АПЗ.ОЗО, ЗСД и ОЗШ-1 (см. «Рамные крепи горных выработок». Обзорная информация и справочные материалы». Донецк: ЦБНТИ, ДонУГИ Госуглепрома Украины, 1992, с.3-4, рис.3-а, рис.3-6, рис.3-в, см. также Г.Г.Литвинский, Г.И.Гайко, Н.И.Кулдыркаев. Стальные рамные крепи горных выработок. - К.: Техника, - 1999, с.87, рис.3.9, с.91, рис.3.12, с.92, рис.3.13).

Замок АПЗ. ОЗО узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей включает два хомута, каждый из которых содержит плоскую планку с отверстиями и крепежную скобу П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через отверстия планки, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили и гайки (см. «Рамные крепи горных выработок», обзорная информация и справочные материалы». Донецк: ЦБНТИ, ДонУГИ Госуглепрома Украины, 1992, с.3-4, рис.3-а, аналог).

Этот замок универсален, прост конструктивно и технологичен при производстве. Однако он, при прочих равных условиях, имеет низкую надежность при эксплуатации. Усилия, возникающие от трения скоб и планок относительно перемещающихся спецпрофилей и вызывающие перекос скоб, достаточно велики, чтобы растянуть скобы и даже вызвать их разрыв, который происходит на самом нагруженном участке - в резьбовых соединениях в районе планки. Кроме того, при работе крепи в податливом режиме, при возникновении перекоса замков, недостаточно жесткая планка изгибается, крепежная скоба вытягивается, происходит резкий сброс сопротивления крепи, что и приводит к разрыву крепежных скоб на резьбовых концах, динамическому срыву гаек и разрушению замка. Таким образом, этот замок не только не обеспечивает заданное рабочее сопротивление крепи в податливом режиме, но даже не гарантирует целостность его конструкции (15-50% замков разрушаются).

Замок ЗСД узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей представляет собой двойной хомут, который содержит фигурную планку с отверстиями и две сблокированные с помощью подкладки и расположенные под углом друг к другу крепежные скобы П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через отверстия фигурной планки, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили и гайки. Фигурная планка изготавливается из специального профильного проката ПЗС-20. («Рамные крепи горных выработок». Обзорная информация и справочные материалы. Донецк: ЦБНТИ, ДонУГИ Госуглепрома Украины, 1992, с.3-4, рис.3-б, см. также Г.Г.Литвинский, Г.И.Гайко, Н.И.Кулдыркаев Стальные рамные крепи горных выработок. - К.: Техника, - 1999, с.91, рис.3.12, аналог).

Замок ЗСД универсален, имеет достаточно высокую надежность. Однако он обладает относительно повышенной податливостью, что в рабочем режиме приводит к ослаблению конструкцию крепи и требует периодического подтягивания гаек, а необходимость применения специального профильного проката ПЗС-20 вызывает увеличение номенклатуры деталей, снижение технологичности и повышение себестоимости. В узле податливости серийной крепи предусмотрена установка одного такого замка. Поскольку один такой замок обеспечивает очень узкий участок зажатия спецпрофилей, узел податливости во время действия изгибающего момента часто приобретает функцию шарнирного узла и начинает функционировать по принципу шарнирного соединения, что сопровождается разрывной деформацией одного из сопряженных спецпрофилей. В связи с этим, и в случаях, когда необходима повышенная величина рабочего сопротивления крепи, возникает необходимость установки в узле податливости двух таких замков, что увеличивает стоимость крепи, а в традиционных арочных крепях типа АП-3, АП-5, (см. В.Н.Каретников, Б.Клейменов, А.Г.Нуждихин. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник. - М.: Недра, 1989. с.52, с.54, рис.3.4) становится невозможным, так как повышение рабочего сопротивления крепи приводит к уменьшению ее запаса прочности и надежности.

Замок ОЗШ-1 узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей включает два хомута, каждый из которых содержит фигурную планку с отверстиями, и крепежную скобу П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через отверстия фигурной планки, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили и гайки («Рамные крепи горных выработок», обзорная информация и справочные материалы, ЦБНТИ ДонУГИ Госуглепрома Украины, Донецк, 1992, с.3-4, рис.3-в, аналог).

Этот замок обеспечивает более высокую надежность работы крепи в податливом режиме, но не технологичен в изготовлении и сложен при монтаже.

Однако замок этого вида менее универсален, так как фигурная планка должна иметь конфигурацию охватываемого спецпрофиля, что, в связи с большой номенклатурой спецпрофилей, требует расширения типоразмерного ряда фигурных планок. Кроме того, для этого замка свойственна упругопластичная податливость концов фигурной планки, поворот концевых частей ее относительно оси крепежной скобы в пределах монтажного зазора, что приводит к эксцентричному нагружению резьбовых соединений крепежной скобы с гайками. При затягивании резьбовых соединений торцы гаек располагаются под углом к опорным плоскостям, а сами резьбовые соединения нагружаются как осевым усилием, так и дополнительно изгибающим моментом. В результате в резьбовых соединениях крепежной скобы и гаек возникает сложное напряженное состояние, что приводит к разрыву одного из резьбовых концов крепежной скобы по внутреннему диаметру резьбы, снижению нагрузочной способности, а также к снижению уровня стабильности рабочего сопротивления и надежности замка.

Известен замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей, включающий скобу и фигурную планку со скосом и выступом, контактирующим со стенкой фланца спецпрофиля («Замок податливости для крепи из спецпрофиля», Авторское свидетельство СССР №1263872, А1, МПК-4: Е21D 11/22, авторы В.П.Макаров, И.Б.Ильина, Ю.А.Белоглазов, В.Я.Мининберг, заявл. 02.01.1985, опубл. 15.10.1986, бюл. №38, аналог). Этот замок близок по конструкции к замку ОЗШ-1, но частично избавлен от вышеназванных недостатков. Для повышения стабильности рабочего сопротивления замка скос планки выполнен с приливом, а планка установлена с возможностью взаимодействия поверхности прилива с фланцем одного из соединяемых спецпрофилей.

Недостатками этого замка являются низкая технологичность, громоздкость, большая металлоемкость и сложность сборки, что повышает его себестоимость. Вызвано это тем, что фигурная планка замка, которая осуществляет силовое замыкание конструкции, может быть изготовлена только из специального проката сложного профиля. Кроме того, фигурная планка замка не обеспечивает стабильную работу узла податливости при изменении нагрузки на крепь. Объясняется это тем, что фигурная планка замка имеет сложную пространственную конфигурацию, что приводит к ее деформации, потере работоспособности при высоких нагрузках и снижению надежности узла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по назначению, числу общих признаков и достигаемому результату является замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей, содержащий планку с отверстиями и крепежную скобу П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через отверстия планки, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили, гайки и упорные скобы С-образной формы, выполненные с отверстиями в полках, через которые пропущены резьбовые концы крепежной скобы и установленные между планкой и фланцами внутреннего спецпрофиля боковыми стенками внутрь, отличающийся тем, что усилители-стабилизаторы образованы из элементов, выполненных в виде двух пар равновеликих или в двух пар пространственных неравнобоких трапециевидных фигур, расположенных в узле с разворотом одной пары относительно другой на прямой угол, а внешняя сторона элементов, образующих усилители-стабилизаторы, является распорным узлом, обеспечивающим жесткость системы. При этом параллельные полки элементов, образующих усилители-стабилизаторы, упираются в фланец спецпрофилей и планку замка, что позволяет осуществлять силовое замыкание узла податливости с обеспечением стабильного рабочего сопротивления крепи.

Такая компоновка узла податливости образует пространственную, замкнутую со всех сторон упругодеформируемую систему, так как усилитель-стабилизатор формируется из четырех трапециевидных элементов ориентированных по квадрантам окружности ("Замок вузла податливостi металевого рамного податливого крiплення iз шахтних спецпрофiлiв "Патент Украины №68553 А, МПК - 7 Е21D 11/22, Е21D 11/14, заявлено 18.07.2003 г., опубликовано 16.08. 2004 г. Бюллетень №8, авторы Рисухiн В.В., Алiев П.Н., Яненко А.П., Ченський О.А., Семенов О.В., Дубров В.Г., прототип).

Этот замок характеризуется более высокой надежностью и меньшей себестоимостью изготовления по сравнению с предыдущей конструкцией. В нем реализовано силовое замыкание конструкции в целом, исключена возможность изгиба планки и соответственно эксцентричное нагружение болтового соединения, приводящего к разрушению резьбового конца скобы и часто вызывающего тяжелые травмы и обрушение крепи.

Достигается это за счет установки в замок замкнутой пространственной конструкции - усилителя-стабилизатора, контактирующего двугранным углом одной из пар с боковыми стенками шахтного спецпрофиля, а параллельными сторонами упирающегося во фланец внешнего спецпрофиля и в планку замка, что повышает жесткость системы и позволяет осуществить силовое замыкание конструкции. Таким образом, в указанном патенте решена задача обеспечения жесткости с одновременной упругодеформируемостью конструкции замка узла податливости при стабильности их работы в составе крепи.

Однако предложенное решение конструктивно сложно, для создания замкнутой пространственной системы - усилителя-стабилизатора в нем используется как минимум четыре элемента, для всего замка - восемь элементов (при полной идентичности их между собой), затруднена сборка и ориентация элементов замка.

Кроме того, неконтролируемая затяжка гаек замкового соединения, из-за большой жесткости усилителя-стабилизатора по этому патенту может создать условия перехода податливой крепи в жесткий режим работы и полное ее разрушение. Немаловажное значение имеет тот факт, что при сбросе нагрузки из-за невозможности абсолютно равного приложения момента затяжки замки перекашиваются и соответственно скоба вытягивается, что приводит ее к разрушению. Во всех типах замков имеет место указанный вид конструктивного несовершенства и типичный случай нарушения работы крепи как несущего сооружения.

СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования замка с конструкций усилителя-стабилизатора, улучшения его технологии изготовления, введения в конструкцию податливых элементов в виде полусфер, заполненных пластической массой и формирования усилителя-стабилизатора в виде пространственной упругодеформируемой системы с сохранением надежности и стабильности работы силового замка в режиме податливости, исключающей возможность перехода арочной крепи в жесткий режим работы.

Поставленная задача решается тем, что в замке узла податливости металлической рамной крепи из шахтных спецпрофилей, содержащем планку с отверстиями и крепежную скобу П-образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через отверстия планки, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили, гайки, усилители-стабилизаторы, согласно изобретению усилители-стабилизаторы выполнены в виде двух полусфер, заполненных пластической массой и контактирующих между собой по окружности большого круга. При этом в полюсах полусфер образованы отверстия, через которые пропущены резьбовые концы П-образной скобы, а внешняя поверхность сферы, образующаяся при сочленении обоих полусфер, контактирует с наклонной боковой стенкой спецпрофиля, одновременно при этом торцевой плоскостью полюса одного из элементов контактируя с планкой замка, а с диаметрально противоположной введена в распор с фланцами шахтных спецпрофилей.

Такое техническое решение усилителя-стабилизатора замка позволяет формировать его из двух элементов, технологичных при изготовлении, собираемых без сварочных операций, а упругоподатливая характеристика его, переменная в зависимости от радиуса кривизны полусфер и их толщины, способствует подпружиниванию и стопорению резьбового соединения, с исключением вероятного перехода работы крепи в жесткий режим, одновременно осуществляя выборку зазоров и технологических несовершенств спецпрофилей с силовым замыканием системы. В режиме податливости при возможном перемещении элементов рамы относительно друг друга полусферы могут проворачиваться вокруг П-образной стяжки, пластмассовый наполнитель будет выполнять роль подшипника скольжения, тем самым способствуя повороту полусфер под нагрузкой и исключить возможность перекоса замка.

При необходимости для поддержания выработок со сложными геомеханическими условиями изменение жесткостных параметров крепи в целом или непосредственно замков узла податливости может быть осуществлено изменением радиуса кривизны полусфер как внешней, так и внутренней сферической поверхностей замка.

Данное техническое решение позволяет стабилизировать процесс работы замкового соединения в узлах податливости, в режиме сброса нагрузки, исключает условия приводящие к перекосу замков, и соответственно предопределяет возможность увеличения зажимного усилия на 30-35%. Возможность перекоса замка при таком решении исключается из-за того, что контакт образующейся сферы с боковой стенкой спецпрофиля происходит не по плоскости, а по образующей сферы, уменьшает контактные нагрузки в зоне сопряжения деталей, сглаживает неравномерность их распределения, стабилизирует процесс работы замкового соединения. То есть применение в замках такого элемента позволяет осуществить замену низшей кинематической пары на высшую (И.И.Артоболевский. Теория машин и механизмов. Изд.3. - М.: Наука, 1975. 10, с.45) и создает условия относительного поворота полусфер вокруг стяжки при сбросе нагрузки, то есть выполнять роль подшипника скольжения в элементах силового замыкания узла.

Приведенные признаки, характеризующие изобретение, являются существенными, так как в совокупности достаточны для обеспечения работоспособности и достижения решаемой технической задачи, а каждый в отдельности необходим для идентификации и отличия заявляемого замка от известных в технике аналогичных решений.

Таким образом, новая совокупность общих (известных) и отличительных (новых) от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется новый замок, является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой защиты, так как решает поставленную задачу.

Обозначенные признаки, характеризующие изобретение, не являются обязательными, но, по мнению заявителя, являются лучшими и не исключают возможности иного конкретного эквивалентного выполнения замка в пределах указанной сущности изобретения.

Причинно-следственная связь отличительных (новых) признаков при их взаимодействии с известными (общими) признаками в обеспечении новых свойств объекта изобретения, обусловленных поставленной технической задачей, заключается в следующем.

В связи с тем, что замок содержит упругоподатливые элементы - усилители-стабилизаторы в виде двух полусфер с упругим наполнителем, контактирующих между собой по окружности большого круга, с сформированными в полюсах отверстиями, через которые пропущены резьбовые концы П-образной планки, а внешние плоскости полюсов которых контактируют соответственно с планкой замка и фланцем спецпрофиля, чем обеспечивается упругоподатливое силовое замыкание консольных частей планки замка и значительное увеличение стабильности и надежности работы замка при сохранении режима податливости узла. Кроме того, такая компоновка усилителя-стабилизатора создает возможность подпружинивания и стопорения резьбового соединения, выборку зазоров и технологических несовершенств профилей, увеличивает надежность и стабильность фиксации замкового соединения, исключает перекос замка.

Поэтому при одном и том же усилии затяжки замка увеличивается и стабилизируется сила трения между наклонной боковой стенкой внутреннего спецпрофиля и внешней сферической поверхностью элемента усилителя-стабилизатора, между поверхностями внутреннего и внешнего спецпрофилей, а также между П-образной скобой и полками спецпрофиля, что также повышает стабильность и надежность работы замка. В режиме сброса нагрузки полусферы имеют возможность относительного поворота вокруг стяжки и выполняют роль подшипника скольжения в элементах силового замыкания узла податливости. В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примера конкретного выполнения его лучшего варианта со ссылками на прилагаемые чертежи.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ:

На фиг.1 изображен замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей; общий вид, поперечный разрез; элементы усилителя-стабилизатора выполнены в виде двух полусфер с пластмассовым наполнителем, контактирующих между собой по окружности большого круга. При этом в полюсах полусфер образованы отверстия, через которые пропущены резьбовые концы П-образной скобы, наполнитель охватывает П-образную стяжку по всей длине усилителя-стабилизатора, а внешние плоскости полюсов контактируют соответственно с планкой замка и фланцем спецпрофиля, чем обеспечивается упругоподатливое силовое замыкание узла.

На фиг.2 изображен замок узла податливости с усилителями-стабилизаторами выполненными в виде двух полусфер, контактирующих между собой по окружности большого круга, в аксонометрической проекции.

На фиг.3 изображен элемент усилителя-стабилизатора, выполненный в виде полусферы с торцевой плоскостью и отверстием для П-образной скобы в зоне полюса, заполненный пластмассовым наполнителем как в зоне внутренней полусферы, так и по отверстию, вследствие чего элемент приобретает упругоподатливую характеристику и возможность для поворота вокруг стяжки.

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ И НАИМЕНОВАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ «ЗАМОК УЗЛА ПОДАТЛИВОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РАМНОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ ИЗ ШАХТНЫХ СПЕЦПРОФИЛЕЙ»

1. Планка

3. Крепежная скоба П-образной формы

4. Резьбовой конец крепежной скобы

5. Внутренний шахтный спецпрофиль рамной податливой крепи

6. Наружный шахтный спецпрофиль рамной податливой крепи

7. Гайка

8. Полусфера верхняя

9. Полусфера нижняя

10. Отверстие в полусфере

11. Торцевая плоскость большого круга полусфер

12. Внешняя сферическая поверхность верхней полусферы усилителя-стабилизатора

13. Внешняя сферическая поверхность нижней полусферы усилителя-стабилизатора

14. Боковая стенка внутреннего шахтного спецпрофиля рамной податливой крепи

15. Торцевая плоскость полюса верхней полусферы усилителя-стабилизатора

16. Фланец внутреннего шахтного спецпрофиля рамной податливой крепи

17. Торцевая плоскость полюса нижней полусферы усилителя-стабилизатора

18. Внутренная сферическая поверхность верхней полусферы усилителя-стабилизатора

Внутренная сферическая поверхность нижней полусферы усилителя-стабилизатора

19. Элемент-наполнитель

20. Концевая втулка элемента-наполнителя

22. Фланец наружного шахтного спецпрофиля рамной податливой крепи

СВЕДЕНИЯ, КОТОРЫЕ ПОДТВЕРЖДАЮТ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описанное выше техническое решение замка позволяет сформировать замкнутую силовую конструкцию, выполняющую в замке узла податливости роль усилителя-стабилизатора, который создает жесткое силовое замыкание замка с одновременным подпружиниванием и стопорением резьбового соединения, что обеспечивает повышение стабильности и надежности его работы в режиме податливости.

Замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей (фиг.1) содержит планку 1 с отверстиями 2, крепежную скобу 3 П-образной формы с резьбовыми концами 4, пропущенными через отверстия 2 планки 1, расположенные между ними внахлестку внутренний и внешний спецпрофили 5, 6, гайки 7, а также элементы 8 и 9 выполненные в виде полусфер, в полюсах которых сформированы отверстия 10 для монтажа их на скобу. Причем монтаж полусфер на стержень скобы 3 производится так, что обе полусферы контактируют между собой по окружности большого круга, образуя торцевую плоскость 11, а внешняя поверхность сферы, формирующаяся из образующих поверхностей 12 и 13 обоих полусфер 8 и 9, контактирует с боковой стенкой 14 внутреннего шахтного спецпрофиля 5. Одновременно при этом торцевая плоскость 15 полюса верхней полусферы 8, с одной стороны, введена в распор с фланцем 16 внутреннего спецпрофиля 5, а диаметрально противоположная торцевая плоскость 17 нижней полусферы 9 контактирует с планкой 1 замка. Для увеличения упругоподатливой характеристики и создания условий проворота стабилизаторов вокруг скобы П-образной формы, внутренняя полость полусфер заполнена наполнителем 19, переходящим во втулку 20, что при сбросе нагрузки уменьшает силы трения между стержнем скобы 3 и стабилизаторам и способствует его повороту.

На фиг.2 приведен вышеописанный замок узла податливости в аксонометрической проекции, где показаны внешний 6 и внутренний 5 спецпрофили, П-образная скоба 3, полусферы 8 и 9, установленные в распор торцевыми плоскостями 15 полюсов на фланцы 16 внутреннего спецпрофиля и планку 1 замка с одновременным контактом образующих полусфер 12 с боковой стенкой внутреннего спецпрофиля 5.

На фиг.3 - полусфера в аксонометрии, образующая усилитель-стабилизатор, изображенная в разрезе.

Полусферы 8 и 9 при сборке их на скобе П-образной формы замка, посредством отверстия 10, контактируют между собой по торцевой плоскости 11 большого круга, образуя в замке усилитель-стабилизатор. Внутренняя полость 18 усилителя-стабилизатора, имеющая форму полусферы, заполнена пластическим наполнителем 19 с втулочным участком 20, изолирующим отверстия 10 и контактирующим с скобой П-образной формы на всем участке ее, приходящимся на стабилизатор, что способствует провороту стабилизаторов в режиме сброса нагрузки и позволяет формировать систему с упругоподатливой характеристикой.

Такое техническое решение замка позволяет сформировать замкнутую силовую конструкцию, выполняющую в замке узла податливости роль усилителя-стабилизатора, который создает жесткое силовое замыкание замка с одновременным подпружиниванием и стопорением резьбового соединения, что обеспечивает повышение стабильности и надежности его работы в режиме податливости.

Замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей работает следующим образом. При возведении крепи ее звенья - спецпрофили 5, 6 рамы сочленяют внахлестку и соединяют замками в узлах податливости.

Спецпрофили 5, 6 в узлах податливости сжимают замками с определенным усилием, граничная величина которого зависит от конструктивных особенностей и возможности самих замков.

В процессе образования вокруг контура выработки зоны не упругих деформаций происходит всестороннее внешнее обжатие крепи нарушенными породами. При горном давлении, превышающем сопротивление податливости крепи, спецпрофили 5, 6, скрепленные замками в узлах податливости, под действием смещения массива горных пород скользят относительно друг друга, в результате чего изменяется геометрия и поперечное сечение рамы. При этом устанавливается требуемое геомеханическое равновесие системы «крепь-массив», которое обеспечивается силами трения, то есть силами сопротивления замков в узлах податливости крепи. В процессе работы крепи в податливом режиме этот процесс постоянно повторяется до тех пор, пока не установится геомеханическое равновесие системы «крепь-массив» в новом состоянии. Работа податливой крепи во многом зависит от параметров рабочей характеристики замка, основное назначение которого состоит в том, чтобы при его затяжке создать стабильные усилия трения между сопряженными в узлах податливости поверхностями спецпрофилей 5, 6. При этом взаимное скольжение спецпрофилей 5, 6 в податливом режиме должно осуществляться с обеспечением стабильного рабочего сопротивления, которое требуется от податливой крепи.

Новая конструкция усилителя-стабилизатора, состоящего из полусфер 8 и 9, сборка и установка их в распор с упором в боковую стенку 14 спецпрофиля с возможностью произвольной их ориентации и взаимозаменяемости позволяет создать технологичную, замкнутую конструкцию, выполняющую в замке узла податливости роль усилителя-стабилизатора, который обеспечивает силовое замыкание замка, осуществляет подпружинивание и стопорение резьбового соединения с одновременной выборкой зазоров и технологических несовершенств спецпрофилей, повышает стабильность его работы с одновременным увеличением срока службы и эксплуатационной надежности.

Таким образом, на основе предложенного усовершенствования замка достигается получение силовой геометрически неизменной конструкции и полное блокирование перекоса планки 1 и крепежной скобы 3 в процессе осадки крепи под действием горного давления с одновременным улучшением технологии изготовления элементов замка, сборки и его эксплуатации.

Это значительно повышает надежность работы узлов податливости, обеспечивает заданное усилие затяжки замка, его стабильность и стабильность рабочего сопротивления крепи на всем интервале ее конструктивной податливости. При этом замок имеет не сложную для массового изготовления конструкцию, которая характеризуется малой себестоимостью изготовления. В технологическом процессе изготовления элементов усилителя-стабилизатора не требуется использование широкой гаммы оснастки и штампов, так как во всех случаях усилитель-стабилизатор замка формируется из одной унифицированной детали-полусферы, отсутствуют сварочные работы, не требуется организация ориентации элементов при сборке замка. При небольших затратах на модернизацию общая себестоимость замка возрастает незначительно и компенсируется повышением надежности, долговечности и безопасности работ. Кроме того, создаются условия для обоснованного уменьшения шага расстановки рам крепи, что значительно снижает ее металлоемкость при сохранении высокой надежности.

Изобретение не ограничивается описанными и показанными на чертежах вариантами реализации, но может быть изменено, модифицировано и дополнено в рамках объема, определенного формулой изобретения.

Изобретение проверено в процессе стендовых испытаний, а также в шахтных условиях. Результаты испытаний полностью подтвердили его техническую и экономическую эффективность и целесообразность широкого использования. Замок податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей может быть изготовлен в условиях промышленного производства на любом рудоремонтном или другом заводе и может найти широкое применение на угольных, рудниковых и сланцевых шахтах для повышения надежности крепи и безопасности ведения горных работ.