CC BY
35
© В.А. Полухин, А.А. Бслодсдов, В.В. Сащснко, 2008
УДК 622.268
В.А. Полухин, А.А. Белодедов, В.В. Сашенко
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДАТЛИВОЙ КРЕПИ ДЛЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
Семинар № 17
Рамная металлическая податливая крепь предназначена для крепления горных выработок, сооружаемых в геомассиве. Она должна защитить работающих от вывалов кусков породы и угля, а также за счет достаточной несущей способности и податливости не допустить деформацию или разрушение, обеспечить надежное функционирование выработок в течении проектного срока их службы и исключить ситуации, ограничивающие нагрузки на очистные забои.
На шахтах России до 90 % выработок поддерживаются стальными трехзвенными податливыми крепями арочной формы. Крепи этой формы из-за ограниченной податливости в сложных горно-геологических условиях не обеспечивают удовлетворительное состояние горных выработок и практически не подлежат совершенствованию. Недостатком арочной трехзвенной крепи является то, что конструктивная податливость ее не превышает 300 мм и, исчерпав указанную величину податливости, крепь разрушается. Поэтому для больших глубин ведения горных работ, в условиях которых конвергенция пород в выработках достигает более 1,0 м., целесообразна разработка крепи податливостью до 1000 мм и более. Можно считать, что основной принцип проектирования податливой кре-
пи и выбор ее параметров должен состоять не в том, чтобы снизить конвергенцию, а в том, чтобы крепь без деформаций и повреждений могла воспринимать ожидаемую конвергенцию при минимальных материальных ресурсах на ее изготовление. Установлено, что при использовании податливых крепей увеличивать их массу можно только в определенных границах, так как излишняя жесткость элементов приводит к разрыву замков. Как было определено при натурных наблюдениях, существующие в настоящее время различия в массе профилей и расстояний между податливыми крепями в выработках шахт и рудников не оказывают заметного влияния на конвергенцию. Это относится к выработкам, закрепленным арочной крепью при забутовке за-крепного пространства вручную. При нагружении арочной крепи сверху в одной точке и отсутствии забутовки с боков несущая способность ее снижается в 4 и более раз, крепь деформируется, теряет работоспособность при относительно небольших смещениях пород. Этот недостаток и отмеченные выше отсутствуют в разработанной четырехзвенной металлической податливой крепи КП-4П, предназначенной для крепления подготовительных выработок, сооружаемых в неразгруженном массиве и массиве разгруженном от влияния горного
давления, а также подверженном надработке.
Металлическая крепь (рисунок) содержит две прямолинейные стойки (4) и верхняк, состоящий из двух криволинейных частей (3), имеющих по концам прямолинейные участки, соединяемые между собой и со стойками податливыми узлами связи (2), в качестве которых могут применяться существующие болтовые замки. Рамы крепи соединяются между собой стандартными межрам-ными стяжками (1). Такое конструктивное выполнение крепи позволяет обеспечить податливость ее до 1000 мм и более. Так конструктивная податливость крепи, имеющей площадь поперечного сечения 14,74 м2, до 1000 мм, а податливость крепи площадью поперечного сечения 18,3 м2 до 1500 мм. Крепи, при указанных величинах податливости, сохраняют одинаковую высоту до 2,5 м. При податливости 1000 мм минимальная площадь поперечного сечения крепи для исполнений КП-4П000 и КП-4П000-01 составляет 10,5 м , для исполнений КП-4П000-02 и КП-4П000-03 равна 10,9 м2. Геометрические параметры исполнений крепи КП-4 и ее масса приведены в таблице.
Конструкция металлической податливой крепи
В шахтах угольных бассейнов одновременно с опусканием кровли наблюдается внедрение стоек крепи в породы почвы, что не учитывалось конструкцией арочной крепи. В результате технологические зазоры при эксплуатации выработок не отвечают эксплуатационным требованиям. Поэтому была поставлена задача, оптимизировать геометрическую форму крепи так, чтобы реализовать податливость до 1000 мм и более, достаточное сопротивление спецпрофиля, обеспечить технологические зазоры при эксплуатации крепи в различных горногеологических условиях. Поставленная задача решена путем создания четырехзвенной металлической податливой крепи КП-4П. Металлическая податливая крепь содержит две прямолинейные вертикальные стойки и криволинейный верхняк, соединенные между собой, отличается тем, что верхняк выполнен из двух частей с прямолинейными участками на концах и криволинейными участками, радиус К которых зависит от проектной площади поперечного сечения Б , высота прямолинейных стоек Ь , длины прямолинейных участков верхняка 1 и определяется по формуле ( I---------------7----^
К* = -
^|-(т + и)
м.
* о * *
Пример: Б = 14*74 м ; Ь = 1,8 м; 1 = 0,4 м, тогда К = 1,84 м.
* О *
Б = 18,3 м ; Ь = 2,1 м; 1 = 0,6 м, тогда К = 1,9 м.
* ' Г) * *
Б = 14*,74 м ; Ь = 1,8 м; 1 = 0 м, тогда К = 2,12 м.
71
Геометрические параметры крепи КП-4П и ее масса
Из данных последнего примера следует, что при 1 = 0 м радиус верх-няка крепи равен 2,12 м, а форма его приобретает полукруг. В этом случае крепь состоит из двух прямолинейных стоек высотою 1,8 м, верх-няка радиусом 2,12 м, имеет высоту 3,76 м и ширину 4,06 м. Высота крепи этой формы увеличивается в 1,1 раза по сравнению с высотой крепи, имеющей радиус 1,84 м и аналогичную площадь. Созданная конструкция позволяет менять соотношение между высотой и шириной (Н:В) крепи за счет изменения длины прямолинейных участков верхняка и прямолинейных стоек. Это позволяет проектировать высоту крепи, учитывающую величину прогнозируемой конвергенции. В связи с этим крепь КП-4П может без повреждений воспринимать ожидаемую конвергенцию и обеспечивать устойчивое состояние выработок на протяжении предусмотренного проектом времени их эксплуатации. Небольшая прямолинейная часть верхняка позволяет обеспечить нагрузку на крепь, близкую к равномерно распределенной, исключить динамическое нагружение крепи вследствие внезапных обрушений пород кровли, а также ее подрывку. При передвижке привода конвейера лавы в полости штрека от крепи «отстегивается» только криволинейная часть верхняка (3), а не снимается весь верхняк как в трехзвенной арочной крепи. Это позволяет снизить трудоемкость работ на сопряжении лавы и время на передвижку забойного конвейера. Рабочее сопротивление крепи при соединении прямолинейных стоек с верхняком двумя замками 3СД с каждой ее стороны составляет 180-250 кН [2].
Рама крепи КП-4П000 сечением 14,74 м2 легче серийной рамы крепи АП3 сечением 15,5 м2 на 47,9 кг, что в денежном выражении составляет 555 руб. При производстве 1000 комплек-
тов экономия составит 555 млн. руб. Рама крепи КП-4П000-02 сечением
18.3 м2 легче серийной АП3 сечением
18.3 м2 на 49,6 кг, что в денежном
1. Патент на полезную модель №42580 РФ, 7Е 21 Д 5/00 Металлическая податливая крепь. В.А. Полухин, В.И. Сторожев, Н.К. Гринько, В. А. Шестаков, опубл.
10.12.2004 Бюл. №34.
выражении составляет 563 руб. При производстве 1000 комплектов экономия составит 563 млн. руб.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Патент №2258142 РФ, МПК. Е 21 Д 11/14 Металлическая податливая крепь. В.А. Полухин, В.А. Шестаков, Р.В. Павлюк, В.В. Полухин, Ё.М. Строяковский. Опубл.
10.08.2005 Бюл.№22. ЕШЗ
— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------
Полухин В.А., Белодедов А.А., Сашенко В.В. - ЮРГТУ (НПИ).
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.В. Кузьмин.
ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИИ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор
Название работы
Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА им. А.А. СКОЧИНСКОГО
БОРИСЕНКО Дмитрий Иванович Разработка способа акустической идентификации горения угля для диагностики очагов пожаров в угольных пластах 25.00.20 05.26.03 к.т.н.
ШПИЛЬКО Сергей Иванович Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополи-мерного анкера для крепления подготовительных выработок (на примере шахт ОАО «Воркутауголь») 25.00.22 к.т.н.
