Разработка месторождения Донбаса

           Корпус податливого вузла фірми  «Гутехофнунгсхютте» (мал. 1.9, в) складається  з двох швелерів, сполучених у верхній частині хомутом 1 і планкою 2 з гайками, а в нижній частині - за допомогою приварених накладок 3. Опір податливості досягається за рахунок сил тертя елементів кріплення і корпуси податливого вузла, що виникають між дотичними поверхнями. Для збільшення опору тертя між профілем кріплення і корпусом вузла поміщені пластини 4 і 5 з тонкої листової сталі. Пластина 4 огинає профіль кріплення і при вдвіженії останнього в корпус вузла втягується всередину; пластина 5 укріплена непорушно.

           Корпус 1 податливого вузла фірми «Реппель» (ФРН) виконаний з двох відрізків смугової сталі, знизу приварених до опорної плити, а що зверху скріпляють хомутом 2 (мал. 1.9, г). Усередині корпусу поміщена сталева пластина 3, один кінець якої закріплений на корпусі вузла. До нижньої частини стійки кріплення приварений опорний полуциліндр 4 з листової сталі. При вдвіженії стійки кріплення в корпус вузла, вільний кінець сталевої пластини втягується в корпус. Сили тертя і опору деформації смуги, що виникають при цьому, створюють опір податливості. Залежно від діаметру опорного полуциліндра і товщина сталевої смуги опір податливості може змінюватися від 20 до 250 кн і більш. Для навантаження, що перевищує 150 кн, випускають податливі вузли посиленої конструкції. В даний час найбільшого поширення набули податливі вузли з опором податливості 8-10 кн, що забезпечують мінімальну деформацію кріплення.

           На мал. 1.9, д показаний податливий  вузел фірми «Усшпурвис» (ФРН), корпус якого виконаний з коробчатого  профілю. У корпусі вузла є дерев'яний вкладиш 1 і шарнірний направляючий черевик 2. Опір податливості вузла досягається за рахунок опору деформації дерев'яного вкладиша і опору тертя.

           Податливі вузли, що виготовляються  фірмою «Герлах» (ФРН) (мал. 1.9, е) складаються з корпусу коробчатого профілю і затискної накладки. Накладка виконана у вигляді двох забезпечених ріжучими зубами пластин, укріпляємих болтами. Під дією зусилля, що створюється стягнутими болтами зуби накладки упроваджуються в стінку двотаврового профілю кріплення і при вдвіженії елементу кріплення в корпус вузла прорізають в стінці двутавра борозни, створюючи тим самим опір податливості.

           Податливі вузли з постійним  опором податливості засновані  на принципі руйнування спеціальних елементів конструкції. До таких податливих вузлів відносяться вузли фірм «Мюллер-Борггрефе», «Шмидт» (ФРН).

Малюнок 1.10 - Безболтовые шарнырные  узлы:

а - фірми «Герлах»; б - фірми «Шварц»; в - фірми «Лоренц»; г - фірми «Мюллер-боргтрефе». 

Малюнок 1.11 - Болтові шарнірні вузли: а - фірми «Урспуршвис»; би - фірми «Аугуст-Туссейн»; у - фірми «Кюнстлер». 

  У податливому  вузлі фірми «Шмидт» (мал. 1.9, же) між двома V-об-разними профілями  1, які служать такими, що направляють  для елементу кріплення 2, закріплений за допомогою болтів вкладиш з відрізків сталевих куточків 8. Вся конструкція скріпляється за допомогою планок 4 і болтів 5. Елемент кріплення забезпечений ножем 6 який під дією гірського тиску руйнує вкладиш і сполучні болти 7. У шарнірних крепях з'єднання елементів проводиться за допомогою шарнірних вузлів, представлених на мал. 1.10 і 1.11.

           На мал. 1.11. показані безболтові  шарнірні вузли, в яких навантаження  сприймаються опорними поверхнями  елементів, що сполучаються, а  поперечний зв'язок забезпечується відповідною їх профілізацією. Такі вузли забезпечують досить рухливе з'єднання елементів кріплення, проте при навантаженні що перевищує певну величину, вузли можуть розкритися і крепь втратить стійкість.

           На мал. 1.11 показані конструкції болтових шарнірних вузлів, в яких розтягуючі зусилля сприймаються болтами, а що стискують і бічні - відповідними опорними поверхнями шарнірів. Ці шарнірні вузли володіють більшою стійкістю, чим безболтові.

 Малюнок 1.12 - Арочне податливе шарнірне кріплення фірми «Урспурсвис». 

     У  шарнірно-податливому кріпленні  з'єднання елементів і забезпечення  податливості проводяться за  допомогою приведених вище шарнірних  і податливих вузлів. На мал. 1.12 як приклад показана конструкція  шарнірно-податлівой кріплення фірми «Усшпурвис» (ФРН).

           Жорсткі металеві кріплення широко  застосовуються для кріплення  гірських вироблень у всіх  галузях гірничодобувної промисловості.  З різних типів жорсткою металевою  кріплення найбільш широке вживання  отримали арочне кріплення. 

 Малюнок 1.13 - Планки для з'єднання елементів жосткого кріплення:

а - фірми «Аугуст-Туссейн»; б - безболтове з'єднання з штирями  фірми «Хайцман»; в - кліно-крюкове  з'єднання; 1. - клин; 2. - затискний крюк.

 Малюнок 1.14 - Конструкція металевих розпірок і вузлів кріплення їх до рам кріплення. 

 Малюнок 1.15 - Вузли кріплення  дерев'яних розпірок до рам  металевого кріплення. 

  Для з'єднання  елементів арочного кріплення  застосовуються планки різних  конструкцій. Стандартні болтові планки для кріплення з двотаврових профілів (мал. 1.13, а) випускаються фірмою «Аугуст Туссейн» (ФРН). Такі накладні планки підсилюють профіль кріплення не дивлячись на ослабіння місць з'єднання отворами для болтів. Проте болтові з'єднання володіють істотним недоліком – в результаті корозії болтів вони ста¬новятся важко роз'ємними. Тому застосовується безболтовоє з'єднання елементів кріплення. На мал. 1.14, би показано з'єднання такого типа що випускається фірмою «Хайнцман» (ФРН).

           З'єднання елементів проводиться двома планками, одна з яких забезпечена двома штирями з прорізами для клинів, а інша – отворами. Клини, щоб уникнути їх втрати, прикріпляються до планки ланцюжком. Разработано також кліно-крюкове з'єднання (мал. 1.13, в).

           Міжрамні розпірки, вживані для подовжнього зв'язку між окремими рамами кріплення, і вузли кріплення їх до рам приведені на мал. 1.14 - 1.15. Межрамная розпірка з куточка для крепей з профілю жолоба прикріпляється до арок за допомогою скоб, що складаються з планки з вкладишем і двох шпильок; така конструкція скоби запобігає деформації профілю під впливом стискуючих або розтягуючих зусиль в розпірках (мал. 1.14, а). У виємочних штреках вугільних шахт ФРН застосовуються межрамниє розпірки з вибиваною скобою (мал. 1.14, би). Ці розпірки легко знімаються з кріплення ударом молотка по скобі. На криволінійних ділянках, а також при щільності кріплення, що змінюється, застосовуються розсувні розпірки, довжину яких можна змінювати, вставляючи сполучні болти в різні отвори в полицях куточка (мал. 1.14, в).

           Для запобігання руйнуванню кріплення  при вибухових роботах встановлюються  між рамами кріплення тимчасові  посилені розпірки квадратного  перетіня (ФРН). На мал.1.14, г показано  прикріплення такої розпірки  за допомогою скоби і клинів. Ці з'єднання прості в установці не мають виступаючих частин і тому стійкіші проти ударів шматків породи. Тимчасова розпірка, що закінчується на кінці, зверненому до забою крюком, представлена на мал. 1.14, д. Дві стикуючі розпірки охоалюются скобою з виступом, який заводиться за полицю профілю після чого скоба заклинюється. На мал. 1.14, е показані швидкоустанавліваємі подовжні розпірки фірми «Штальаусбау» (ФРН), кінці яких, що мають фігурні вирізи, відгинаються ударами молотка і міцно утримують раму кріплення. Такі розпірки можуть виконуватися з відрізків того ж прокату, що і саме кріплення.

           У виробках змінного перетину  подовжній зв'язок між рамами  кріплення здійснюється за допомогою  зігнутих розпірок із смугової  сталі (мал. 1.14, же). З'єднання розпірок з профілем кріплення здійснюється за допомогою планок і болтів.

           Для тимчасового з'єднання рам  кріплення, встановленою із змінним  кроком, фірмою «Шефер» (ФРН) розроблена  конструкція розпірки (мал. 1.14, з), що складається з прямокутного стрижня 1 і клинових скоб, що переміщаються по ньому, 2 з клинами розпорів 3. Стрижень вільно перемещаєт¬ся в наявних в скобах вирізах і може бути закріплений в будь-якому положенні за допомогою клинів 3.

           Дерев'яні розпірки закріплюються на рамах кріплення за допомогою різних скоб-фіксаторов і підвісок, приведених на мал. 1.15. Подовжня стійкість рамної кріплення забезпечується вище описаними металевими і дерев'яними розпірками. Металеві розпірки застосовуються у виробленнях з терміном служби більше трьох років, дерев'яних - до трьох років.

           Все ці кріплення широко використовувалися  у «вугыльних» країнах світу  і мали дуже хороші техніко-економічні  показники. 

           У вугільних шахтах Донбасу  для дільничних вироблень широко застосовуються трьохланкове і п'ятиланкове кріплення КМП-А3 і КМП-А5 відповідно. Ці кріплення показували хороші ТЕП на глибинах до 800 – 900м, але з переходом на більш велику глибину зверх 1000м для гірських інженерів стало великою складністю утримувати виробки в первинному перетіні і всё частіше і частіше необхідно проводити перекріплювання виробок.

           Перекріплювання виробок є найдорожчим  видом ремонту. Його вартість  приблизно дорівнює половині  вартості проведення перекріплюваної довжини, тобто гірське підприємстві несёт великі збитки. Так само вченими розробляються різні способи охорони виробок, зміцнення порід і т. п. Загалом це все приводить до зайвих витрат і дорожчання собівартості однієї тонни вугілля. Тому перед нами стало завдання розробки нової конструкції кріплення, яка мала недорогу вартість, була безпечна і зручна при експлуатації і найголовніше утримувала перетіне дуже близько до проектної, а також не вимагала б вживання додаткових способів і засобів охорони. (докладні дані будуть викладені на сайт після захисту патенту) 
 

Висновок  

           У даному автореферати наведена  коротка характемалтика різних  видів арочних кріплень виемочних  виробок. Після проведеного аналізу  експлуатації наведених вище  кріплень ми прийшли до висновку, що ця конструкція застаріла і для більш безпечною й економічною відпрацювання вугільних пластів необхідна нова конструкція, яка більш технологічна і зручна, а головне більш економічна. 
 

Література 

1.Сыркин П.С., Мартыненко И.А., Данилкин М.С. Шахтное и подземное строительство. Технология строительства горизонтальных и наклонных выработок: Учеб. пособие/ Шахтин-ский ин-т ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2002. 403 с.

2.Геомеханика  охраны выработок в слабометаморфизованных  породах /Усаченко Б.М., Чередниченко В.П., Головчанский И,Е.; Отв. ред. Зорин А.Н.; АН УССР. Ин-т геотехнологической механики – Киев: Наук. думка, 1990. – 144с.

3.Рамные крепи  горных выработок. (обзорная информация  и справочные материалы) /Сытник  А.А., Зигель Ф.С., Компанец В.Ф., Поляковский В.С.; Отв. за вып. Таранюк Г.В. - Донецк:ДонУГИ, 1992.

4.Визовы производства  и достижения отраслевой науки.  Сайт МинУглеПрома.

http://www.dpvu.com.ua/index.php?option=com_content&task=view&id=81&Itemid=1

5.Захаренко С.В.  «Совершенствование методики расчёта нагрузки на арочную податливую крепь.»

http://masters.donntu.edu.ua/2002/fgtu/zakharenko/diss/diss.htm

6.Шестопалов  И.Н. «Обоснование параметров  анкерной крепи.» 

http://masters.donntu.edu.ua/2005/fgtu/shestopalov/diss/index.htm

7.Шишко Д.М. «Исследование механизма деформирования заанкерного породного массива с использованием моделирования методом конечных элементов.»

http://masters.donntu.edu.ua/2007/fgtu/shishko/diss/index.htm

8.Яланский А.В.  «Исследования особенностей взаимодействия крепления горных выработок глубоких шахт с вмещающим масивом при формировании вокруг выработок зоны разрушенных пород»

http://masters.donntu.edu.ua/2008/fgtu/yalanskyy/diss/index.htm