Индивидуальная крепь

Содержание

Введение………………………………………………………………3

1. Общие сведения………………………………………………..4
2. Схема индивидуальной крепи………………………………..5
3. Конструкция узлов крепи…………………………………….5
1. Элементы индивидуальной крепи………………………………5

3.1.1 Призабойная индивидуальная крепь…………………5

3.1.1а Стойки призабойной крепи…………………………..6

3.1.1б Верхняки призабойной крепи………………………..8

2. Посадочная индивидуальная крепь…………………..9

3.2 Конструктивные типы индивидуальной креи………………...10

3.2.1 Рамная индивидуальная крепь………………………. 10

3.2.2 Анкерная крепь…………………………………………11

3.3.3 Сплошная крепь………………………………………..12

   4. Эксплуатация индивидуальной крепи………………………..12

   5. Особенности определения производительности

 индивидуальной крепи……………………………………………..13

Заключение…………………………………………………………...15

Список  использованных источников 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Индивидуальная  крепь - крепь очистных выработок, состоящая из отдельных, не связанных между собой конструктивно рам или стоек, переставляемых вслед за подвиганием забоя.

     Крепи бывают жесткие и податливые. Жесткие под нагрузкой теряют свою несущую способность. Податливые сохраняют несущую способность.

     Индивидуальную  металлическую крепь начали применять  в угольной промышленности различных  стран в начале 20 века. В СССР крепь широко использовалась с 1939 - с момента организации серийного изготовления индивидуальной металлической крепи на заводах угольного машиностроения. Первоначально индивидуальную металлическую крепь применяли в очистных выработках преимущественно пологих и наклонных пластов, но с внедрением в этих условиях механизированных металлических крепей область использования индивидуальной металлической крепи начала постепенно сокращаться. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Общие сведения

     Индивидуальная  крепь - металлическая, горная крепь очистных забоев, предназначенная для поддержания кровли пласта в рабочем пространстве. Перемещение крепи по мере продвигания забоя производится с полной или частичной разборкой на несущие и поддерживающие элементы (стойки и верхняки).

     Индивидуальную  крепь подразделяют по назначению на призабойные (устанавливают и перемещают вручную) и посадочные, которые перемещают вручную и с помощью лёгких передвижчиков, лебёдок и гидродомкратов и устанавливают вручную или гидравлическими устройствами. Призабойные стойки различают по рабочей характеристике: постоянного полого - и крутонарастающего сопротивления; по механизму податливости - стойки трения и гидравлические. Сопротивление стойки трения опусканию кровли обеспечивается за счёт сил трения в замке стойки. Гидравлическая стойка состоит из корпуса, выполненного в виде цилиндра, и выдвижной части, играющей роль плунжера. Конструктивно стойки этого типа могут быть выполнены с замкнутой гидросистемой и с внешним питанием рабочей жидкостью. Изготовляют стойки с замкнутой гидросистемой (рабочая жидкость — минеральное масло) и с внешним питанием (водомасляные эмульсии). Призабойные стойки применяют на пластах с углом падения до 35°. В СССР производилось серийное изготовление стоек трения нескольких типоразмеров для пластов мощностью от 0,5 до 3,2 м с сопротивлением стоек от 150 до 300 кН и массой от 11 до 75 кг. Выпускаемые гидравлические стойки имеют предельное сопротивление от 150 до 250 кН, наибольшая их высота - от 790 до 3300 мм, раздвижность - от 170 до 800 мм, масса - от 16 до 85 кг. Стойки призабойной крепи при необходимости комплектуются сменными опорами для снижения удельного давления на почву. Некоторые виды стоек выпускаются с устройством для дистанционной разгрузки, усилие которой должно быть не более 800 Н.

     Из  верхняков наиболее прогрессивные - шарнирные жёсткого или рессорного типов. Шарнирный верхняк - сварная, штампованная или литая балка из стали или алюминиевого сплава длиной 600 - 1400 мм, высотой около 100 мм, массой 13-32 кг. Допустимая нагрузка на консоль шарнирного верхняка от 10 до 30 кН. Совершенствование призабойной индивидуальной крепи направлено на унификацию типов и размеров крепи по условиям применения, разработку конструкций крепи для наклонных и крутых пластов, применения полимерных материалов и др.

     2. Схема индивидуальной крепи

а – призабойная;

б – посадочная. 

3. Конструкция узлов индивидуальной крепи

3.1 Элементы индивидуальной крепи

3.1.1 Призабойная крепь

     Призабойная крепь - стойки, которые располагают правильными рядами вдоль забоя. Стойки устанавливают под верхняки. Стойки могут быть деревянными, металлическими. Если стойки металлические они делятся на стойки трения и гидравлические.

     Призабойная индивидуальная металлическая крепь  предназначена для поддержания  кровли в рабочем пространстве очистной выработки:

- постоянного сопротивления;

- пологонарастающего сопротивления;

- крутонарастающего сопротивления.

     Эту крепь устанавливают в одну линию  вдоль очистного забоя перпендикулярно  почве пласта, убирая со стороны  выработанного пространства.

     Призабойная крепь обычно состоит из стоек  (а) (трения и гидравлические) типа ТУ, СУГ, ГВД и другие и верхняков (б) (деревянные, пластиковые, металлические).

     3.1.1а Стойки

     Характеристики  стоек регулируются ГОСТом Р 50463-92, согласно которому:

• пределы применения по мощности пласта - до 3,2 м;
• сопротивление стоек - до 300 кН;
• масса - до 1160 кг;
• высота стойки в сдвинутом положении - до 2500 мм;
• высота стойки в раздвинутом положении - 3300 мм;
• раздвижность - до 2340 мм;
• распор стойки - 127 кН;
• номинальное давление рабочей жидкости в стойке – 47,5 МПа;
• удельное давление на почву при номинальном рабочем сопротивлении – до 20 МПа;
• скорость подъема штока стойки - до 20 мм/с;
• скорость опускания штока при разгрузке стойки с углом наклона 35º от вертикали - до 5 мм/с;
• усилие при дистанционной разгрузке стойки - 0,8 кН.

     Металлические стойки для очистных забоев по характеру взаимодействия с кровлей и почвой и предохранения от перегрузки подразделяют на жёсткие и податливые. Жёсткие металлические стойки применялись (до 60-х годов) в начальный период индивидуальной металлической крепи внедрения призабойной индивидуальной металлической крепи; представляли собой отрезок рельса (двутавра) с деревянной подкладкой или цельно натянутой стальной трубы диаметром 100-150 мм с забитой внутрь деревянной стойкой, концы которой выступали из трубы на 50-80 мм. Податливые металлические стойки по конструктивному исполнению узлов податливости подразделяют на гидравлические стойки (основной тип индивидуальной металлической крепи) и стойки трения.

     Призабойная податливая металлическая  стойка трения состоит из основания, выдвижной части и замка, а замок, в свою очередь, - из корпуса и клиньев. Стойки трения могут быть с постоянным и нарастающим сопротивлением. Первые по сравнению со стойками нарастающего сопротивления обладают рядом достоинств: с начала работы с полной рабочей нагрузкой оказывают сопротивление опусканию кровли, т.е. максимально препятствуют расслоению и растрескиванию последней; во всём диапазоне раздвижки защищены от перегрузки и поломки; способствуют равномерности распределения давления пород между всеми стойками в забое.

     Основные  преимущества призабойных стоек трения - простота конструкции, дешевизна, возможность их применения в условиях взрывной отбойки угля и др. Недостатки - большой разброс (±20-45%) и зависимость номинального рабочего сопротивления от коэффициента трения между поверхностями выдвижной части стойки и деталями замка (нестабильного в шахтных условиях), относительно незначительный начальный распор (20-40 кН) и большая трудоёмкость работ по креплению, отсутствие дистанционной разгрузки и большие потери стоек (до 4%). Вследствие этих недостатков применение стоек трения уменьшается.

     Гидравлическая  стойка - устройство для удержания от обрушения пород подземных горных выработок; необходимое усилие удержания создаётся за счёт избыточного давления рабочей жидкости в цилиндре стойки.

     Гидравлическая  стойка служит подвижным соединением цилиндра и трубчатой выдвижной части с поршнем, являющейся плунжером. При установке гидравлической стойки под действием избыточного давления рабочей жидкости (минерального масла или водомасляной эмульсии) в цилиндре стойки последняя раздвигается и распирается между кровлей и почвой выработки.

     По  рабочей характеристике гидравлические стойки являются стойками постоянного  сопротивления. По сравнению со стойками трения постоянного сопротивления  они имеют более высокий начальный  распор, характеризуются меньшими колебаниями  рабочего сопротивления при эксплуатации и др. Гидравлические стойки бывают с внутренним и внешним питанием. В первом случае раздвижка и создание первоначального распора между кровлей и почвой производится с помощью ручного гидронасоса, встроенного в стойку, во втором - установленной вне её насосной станцией с подводом рабочей жидкости по напорной магистрали. 

     3.1.б Верхняки

     Металлические верхняки - элементы, передающие усилия рабочего сопротивления стоек породам кровли и равномерно распределяющие его по поверхности кровли. Наибольшее распространение в индивидуальной металлической крепи получили шарнирные металлические верхняки , состоящие из балки, сваренной из двухтавровых специальных профилей проката, на одном конце которой имеется проушина с серьгой, на другом -две щеки с пальцем шарнира, а также распорный клин, связанный с балкой верхняка цепочкой. Длина шарнирного верхняка зависит от ширины захвата исполнительного органа очистного комбайна. Серийно выпускаемые в СССР шарнирные верхняки имеют допустимый изгибающий момент 24-38 кНм, массу 16-29 кг, длиной 920-1384 мм, высотой 60-86 мм, шириной 70-80 мм.

     В комплекте индивидуальной металлической  крепи применяется металлический верхняк с навесными опорами типа ВВ30 или ВВ30М, Вик (верхняк инвентарной крепи) или рессорный верхняк типа ВР (для малой мощности пластов).

     Металлические верхняки с навесными опорами  предназначены для консольного  поддержания кровли, как на участке  изгиба конвейера, так и по всей длине  забоя.

     Деревянные  верхняки отличаются конструктивной простотой, транспортабельностью и удобствами в установке, широким диапазоном условий их применения. Основными недостатками таких крепей является их недолговечность, большой разброс прочностных характеристик, трудоемкость установки, значительный расход лесоматериалов, особенно в сложных горно-геологических условиях.

     Деревянная  крепь относится к категории  жестких крепей. Она не деформируется  до момента достижения предела несущей  способности. Поэтому деревянная крепь  является надежным контролем горного  давления. При его увеличении происходит деформация стоек, сопровождающаяся треском. Если лава закреплена металлической  призабойной крепью (податливой), деревянные стойки применяются только в качестве контрольных. Применение деревянной призабойной крепи предусматривает неснижаемый сменный запас крепежного материала вблизи лавы. 

     3.1.2 Пасадочная крепь

     Посадочные  индивидуальные металлические крепи используют для управления обрушением кровли методом обрушения. Ее несущая способность в несколько раз выше, чем несущая способность призабойной крепи.

     Состоит она из стоек с увеличенным  рабочим сопротивлением, которые  устанавливают в ряд или в  шахматном порядке по линии обрушения  кровли параллельно линии забоя  на границе с погашаемым выработанным пространством; передвигают (переносят) последовательно (каждую посадочную стойку) на шаг, увязанный с шагом подвигания забоя. В качестве посадочных стоек применяют как стойки трения, так и гидравлические. В СССР применяли только стойки трения, состоящие из конусной станины, в цилиндрическое отверстие которой в виде гайки вставлен винтовой стержень с круглой опорой на свободном конце, и замка, фиксирующего стержень. Рабочее сопротивление стойки 1000-2000 кН, податливость при рабочем сопротивлении 20-140 мм, масса 95-364 кг.

     Виды  посадочной крепи

• Органная, состоящая из одного или нескольких рядов стоек, установленных по прямой линии на расстоянии не более их диаметра.
• Кустовая, включающая группы из 3—10 стоек (куста) с расстоянием между кустами 2—10 м.
• Островая, состоящая из клетей, выложенных из стоек, брусьев, рельс и др. и имеющих в плане прямоугольную или треугольную форму.

   Посадочные  стойки ОКУМ относятся к податливым стойкам трения с рабочей характеристикой  нарастающего сопротивления. Они устанавливаются между рамами призабойной крепи непосредственно под кровлю так, чтобы замок был обращен к забою или развернут под углом 45°.

   Перед разгрузкой посадочных стоек обязательна  проверка состояния кровли, после  чего выбивается клин. Передвинув посадочную стойку на новое место, вывинчивают  основной винт до упора (до возможной  раздвижности стойки), затем забивают клин. Начальный распор стойки производится вывинчиванием настроечного винта. 

3.2 Конструктивные типы индивидуальной крепи

  По  конструкции индивидуальные крепи  различают : рамную, сплошную, бесстоечную (анкерную). 

1. Рамная  индивидуальная крепь

   Рамная  горная крепь - крепь из отдельных, не связанных между собой конструктивно, крепежных рам. Рамная  крепь применяется для крепления капитальных подготовительных, нарезных и очистных выработок. Конструкция крепи зависит от площади и формы поперечного сечения горной выработки, величины и характера нагрузки на крепь (горного давления), срока службы крепи и других факторов.

   В зависимости от типа и конструкции  крепежных рам различают рамную крепь:

• по форме - прямоугольную, трапециевидную, полигональную, арочную, кольцевую;
• по характеру работы - жесткую, податливую (постоянного и нарастающего сопротивления), шарнирную, комбинированную;
• по основному материалу - деревянную, стальную (металлическую), железобетонную, смешанную (комбинированную).

   Смешанная (комбинированная) горная крепь - крепь из различных крепежных материалов. Примерами смешанной крепи могут служить рамы из железобетонных трубчатых стоек и металлических верхняков, крепь в виде кирпичных или бетонных стоек с перекрытием из металлических балок и др.

   Для крепления подготовительных выработок  наибольшее распространение получили металлические арочные и кольцевые  податливые рамные крепи. Податливые крепи способны под действием давления горных пород сокращать свои размеры, а следовательно, и поперечное сечение выработки в результате смещения элементов или их деформации при сохранении несущей способности и работоспособности конструкции. Элементы металлических податливых рам выполняют из спецпрофиля, соединяя их между собой внахлёстку с помощью хомутов и болтов; податливость крепи достигается за счёт скольжения элементов крепи в местах их соединения.

   Крепёжные рамы устанавливают в выработке обычно на расстоянии 0,5-1 м одна от другой. Кровля и бока выработки между рамами ограждаются т. н. затяжками - железобетонными плитами, металлическими решётками и сетками различных конструкций, досками, распилами. Деревянную рамную крепь (в том числе деревянные затяжки) в основном применяют в выработках небольшого сечения и с небольшим сроком службы (до 3 - 5 лет). Выработки со значительным сроком службы, как правило, закрепляются негорючими материалами (металлом, бетоном и т. д.). Рамы трапециевидной формы устанавливают обычно через 0,5 - 1 метров (вразбежку) с закреплением кровли и боков выработки между рамами деревянными затяжками или всплошную. При давлении со стороны почвы выработки применяют замкнутые (полные) рамы с лежнем. 

2. Анкерная (бесстоечная) индивидуальная крепь

   Как самостоятельный вид крепи, особенно в горнорудной промышленности, в  сочетании с рамными крепями  используют анкерную крепь. Применяют (преимущественно на рудных шахтах) также жёсткие металлические  крепи (трапециевидные, арочные и  кольцевые) из двутавровых балок  и бывших в употреблении рельсов  с соединением элементов накладками и болтами с гайками, реже - с  помощью специальных башмаков.

   Основной  элемент анкерной крепи - металлический, реже деревянный анкер (штанга, стержень) длиной 0,7 - 3 метра, который вводится в пробурённые шпуры и закрепляется клиньями, распорными головками и гайками с опорными шайбами. Железобетонные анкеры образуются заполнением шпуров песчано-цементным раствором, армированным стальными прутьями. Анкеры «подшивают» слабые слои пород к более прочным и увеличивают сцепление и монолитность породных слоев, повышая их устойчивость и несущую способность.

Металлический клиновый анкер: 1 - замок, заклинивающийся в скважине; 2 - опорная пластина; 3 - гайка.

3.2.3 Сплошная индивидуальная крепь

   Сплошная  горная крепь - крепь, полностью перекрывающая кровлю и бока выработки, а иногда и почву. Выполняется в виде: единой монолитной конструкции из бетона или железобетона: сборной конструкции из отдельных элементов, каждый из которых не может служить самостоятельной несущей конструкцией и является лишь составной частью ее (сплошная сборная железобетонная крепь из плит, крепь из тюбингов); рамной крепи, у которой рамы устанавливаются вплотную одна к другой. 

4. Эксплуатация  индивидуальной крепи

   Под термином крепление горных выработок понимается совокупность работ по возведению горной крепи в выработке. Применяемая крепь должна удовлетворять основным тетехническим и экономическим требованиям: быть прочной и обеспечивать безопасное состояние работ, иметь невысокую первоначальную стоимость и давать небольшие затраты в процессе ее возведения и эксплуатации (поддержание в течении срока службы).

   Под действием горного давления происходит деформация крепи и это может  привести к обрушению пород кровли выработки. Для того, что бы предотвратить обрушение используют деревянные стойки. Их устанавливают на всю высоту горной выработки, на месте прогиба кровли выработки, тем самым не давая верхнякам обрушиться под действием пород кровли. Существуют также металлические затяжки, которые также не дают поврежденной части кровли выработки обрушиться. 

5. Особенности определения производительности крепи

     Существует 3 вида производительности: теоретическая, техническая и эксплуатационная.

     1.Теоретическую производительность определяют при непрерывной работе машин на предельных режимах без учета влияния эксплуатационного фона, условий работы и затрат времени на выполнение вспомогательных операций рабочего цикла машины (Qт).

     2.Техническую производительность устанавливают для конкретных условий работ, т. е. с учетом затрат времени на выполнение всех вспомогательных операций, связанных с работой машины, а также влияния эксплуатационного фона на режимы их работы (Qтех).

     3.Эксплуатационная производительность отличается от технической тем, что при ее определении учитывают дополнительные потери времени, происходящие во время работы машины (Qэ).

     Теоретическая производительность превышает техническую, которая больше эксплуатационной.

   Производительность  зависит от целого ряда факторов:

   - горно-геологических условий;

   - проектно-компоновочных решений;

   - конструктивных и режимных параметров КП;

   - взаимодействующих с КП машин;

   - технологии и организации работ в подготовительном забое, в том числе по креплению индивидуальной крепью.

   В ходе эксплуатации горной выработки  крепь испытывает горное давление. Для того, чтобы определить надежность и эффективность применения данной крепи, производится расчет нагрузки на крепь, то есть влияния горного давления.

   Для расчета крепи необходимо знать величину горного давления. Существует несколько методов определения горного давления.

   1.По методу проф М.М. Протодьяконова над выработкой образуется свод естественного равновесия параболической формы. На крепь действует лишь порода, находящаяся ниже контура свода:

   Q=2ab=γ,

   где S=2ab - площадь свода крепи, м²;

   γ - плотность пород в массиве, кг/м³;

   b= – высота свода, м.

   Этот  метод следует применять при  неустойчивых породах в контуре  выработки.

   2.Метод  проф. П.М. Цимбаревича. По его  гипотезе  в кровле выработки  образуется зона обрушения, которая  по форме приближается к треугольнику. Высота треугольника определяется  также, как и у проф М.М. Протодьяконова, т.е b=, а давление на 1 крепежную раму:

   Q₁=2abL= abL,

   где L – расстояние между крепежными рамами, м.

   Другими методами расчета нагрузки на крепь, основанными на гипотезе сводообразования, являются методы, предложенные В.Д. Слесаревым, Р. Квапилом, В.В. Орловым и др. Расчетные  методы проф М.М. Протодьяконова и П.М. Цимбаревича получили наибольшее распространение при определении нагрузки на крепь горных выработок. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

   В данной работе производиться описание основных элементов и конструктивных типов индивидуальной крепи. Были рассмотрены  следующие элементы: стойки (металлические, стойки трения и гидравлические) и  верхняки (металлические и деревянные). Приведены схемы, на которых показаны данные элементы, и пояснительные  надписи к ним. Также рассмотрены конструктивные типы индивидуальной крепи – это рамная (жесткая, податливая, шарнирная, комбинированная, деревянная, стальная, железобетонная, смешанная), сплошная и бесстоечная (анкерная). Также приведены схемы с кратким описанием.

   Список  использованных источников

1.Покровский  Н. М., «Сооружение и реконструкция горных выработок», М., 1962; «Справочник по креплению горных выработок», М., 1972.

2.Гелескул М. Н., «Основные направления технического развития в области крепления горных выработок,» 1971.

3. В.К.  Шехурдин, Е.Н. Холобаев, В.И. Несмотряев., «Проведение подземных горных  выработок», М., «Недра», 1980.