Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок
Проанализированы отечественные и зарубежные конструкции замковых соединений металлорамных крепей. Показано, что их основные недостатки связаны с несоответствием требованиям по рабочему сопротивлению и податливости. Определены технические условия, обеспечивающие стабильность основных параметров их ра...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87398 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок / В.Я. Кириченко, М.В. Шишов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 173-185. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859719582207442944 |
|---|---|
| author | Кириченко, В.Я. Шишов, М.В. |
| author_facet | Кириченко, В.Я. Шишов, М.В. |
| citation_txt | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок / В.Я. Кириченко, М.В. Шишов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 173-185. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | Проанализированы отечественные и зарубежные конструкции замковых соединений металлорамных крепей. Показано, что их основные недостатки связаны с несоответствием требованиям по рабочему сопротивлению и податливости. Определены технические условия, обеспечивающие стабильность основных параметров их рабочих характеристик. Выполнена классификация технических решений по созданию замковых соединений для металлокрепей. Определены направления совершенствования замковых соединений для повышения эффективности работы крепей горных выработок и основные этапы выполнения данных работ. Предложено новое техническое решение – замок струбцинного типа «ЗСГ», который обеспечивает оптимальные условия работы системы «крепь – массив». Основное отличие замка «ЗСГ» состоит в наличии специальной планки – стабилизатора. Данное замковое соединение прошло стендовые и рекомендовано к шахтным испытаниям. Техническое решение защищено патентом Украины.
Проаналізовано вітчизняні та зарубіжні конструкції замкових з’єднань металорамних кріплень. Показано, що основні негативи пов’язані з невідповідністю вимогам стосовно робочого опору та податливості. Визначено технічні умови, що забезпечують стабільність основних параметрів їх робочих характеристик. Виконано класифікацію технічних рішень по створенню замкових з’єднань для металопрофілів. Визначено напрямки вдосконалення замкових з'єднань для підвищення ефективності роботи кріплень гірничих виробок і основні етапи виконання даних робіт. Запропоновано нове технічне рішення – замок струбцинного типу « ЗСГ», який забезпечує оптимальні умови роботи системи «кріплення - масив». Основна відмінність замка «ЗСГ» полягає в наявності спеціальної планки - стабілізатора. Дане замкове з’єднання пройшло стендові та рекомендовано до шахтних випробувань. Технічне рішення захищено патентом України.
Domestic and foreign designs of interlocks for the steel frame supports are analyzed. It is shown that their main drawbacks are associated with their mismatch to the requirements on support work resistance and yielding. Technical conditions are defined that ensure stability of basic parameters of the support operating characteristics. Classification of technical solutions on creation of interlocks for the steel supports is presented. Trends of the interlocks improvement for increasing efficiency of the tunnel supports and basic stages of these works are described. A new technical solution – the "ZSG" interlock of the screw-clamp type is presented which provides optimal working conditions for the "support - massif" system. The "ZSG" interlock principally differs from any other by its special bar - stabilizer. This interlock was successfully tested by bench and is recommended for the tests in mine. The technical solution was patented in Ukraine.
|
| first_indexed | 2025-12-01T09:14:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
173
УДК 622.28.043.2
В. Я. Кириченко, д-р техн. наук
(Западно-Донбасский НПЦ «Геомеханика»)
М. В. Шишов, магистр
(ООО «ДТЭК»)
НАПРАВЛЕНИЕ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ПОДАТЛИВЫХ КРЕПЕЙ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
В. Я. Кириченко, д-р техн. наук
(Західно-Донбаський НВЦ «Геомеханіка»)
М. В. Шишов, магістр
(ТОВ «ДТЕК»)
НАПРЯМОК СТВОРЕННЯ ЕФЕКТИВНИХ З'ЄДНУВАЛЬНИХ
ЕЛЕМЕНТІВ ДЛЯ ПОДАТЛИВОГО КРІПЛЕННЯ ГІРНИЧИХ ВИРОБОК
V. Ya. Kirichenko, D. Sc. (Tech.)
(Western Donbass SPC "Geomechanics")
M. V. Shishov, M. Sc (Tech)
(LТD «DTEC»)
CREATION OF EFFECTIVE CONNECTIVE ELEMENTS FOR YIELDING
SUPPORTS IN THE MINE TUNNELS
Аннотация. Проанализированы отечественные и зарубежные конструкции замковых со-
единений металлорамных крепей. Показано, что их основные недостатки связаны с несоот-
ветствием требованиям по рабочему сопротивлению и податливости. Определены техниче-
ские условия, обеспечивающие стабильность основных параметров их рабочих характери-
стик. Выполнена классификация технических решений по созданию замковых соединений
для металлокрепей. Определены направления совершенствования замковых соединений для
повышения эффективности работы крепей горных выработок и основные этапы выполнения
данных работ. Предложено новое техническое решение – замок струбцинного типа «ЗСГ»,
который обеспечивает оптимальные условия работы системы «крепь – массив». Основное
отличие замка «ЗСГ» состоит в наличии специальной планки – стабилизатора. Данное замко-
вое соединение прошло стендовые и рекомендовано к шахтным испытаниям. Техническое
решение защищено патентом Украины.
Ключевые слова. Металлорамные крепи, замковые соединения, анализ конструкций,
направления совершенствования, замок струбцинного типа.
Устойчивость горных выработок достигается обоснованным выбором типа
крепи и конструкции соединительных элементов, как средства обеспечения её
работоспособности. Необходимость создания новых средств крепления выра-
боток с существенным повышением стабильности параметров и рабочих харак-
теристик диктуется объективными требованиями практики ресурсосбережения
и сложностью горно-геологических условий эксплуатации. Известно, что на
угольных шахтах Украины ежегодно проходят около 1500 км вскрывающих и
подготовительных выработок, для крепления которых применяются, в основ-
ном (90-95 %), рамные крепи из спецпрофиля СВП.
© В. Я. Кириченко, М. В. Шишов, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
174
При этом расходуется свыше 7 млн. штук соединительных элементов. Тем
не менее, наблюдается разрушение и деформация крепей в 37-53 % обследо-
ванных выработок, а объем полностью перекрепляемых – достигает 12-25 % от
всех поддерживаемых [1].
В связи с этим, нами выполнен анализ существующих и наиболее приме-
няемых в практике конструкций соединительных элементов для разработки на-
правлений по повышению эффективности работы металлорамных крепей в
сложных геологических условиях.
Горнотехнические предпосылки этой задачи следующие. С увеличением
глубины разработки и ухудшением горно-геологических условий возникла не-
обходимость повышения несущей способности штрековых крепей в 1,8-2,5
раза, что повлекло значительный расход металла – 750-1200 кг/пог. м. Необхо-
димость увеличения сечений горных выработок по факторам горного давления
и вентиляции повлекла переход на более тяжелые типы спецпрофилей. В ряде
проспектов рекомендуется применение арочной податливой крепи из спецпро-
филя типа СВП-33 для крепления выработок с площадью сечения более 14 м2.
Важно подчеркнуть, что при росте сечения выработок уменьшается отношение
их высоты к ширине (с 0,844 до 0,683). В этом случае использование малоэф-
фективных соединительных элементов и более тяжелых типов спецпрофиля не
компенсирует рост сил горного давления, прямо пропорциональных ширине
выработки [2].
Таким образом, решение двуединой задачи обеспечения грузонесущей спо-
собности и податливости крепи в значительной мере определяется режимом
работы замковых узлов крепи, зависящим от эффективности работы соединитель-
ных элементов (СЭ). СЭ крепи должны быть технологичны в изготовлении, надеж-
ны в работе, исключать зазоры между элементами профиля, его раскрытие, кру-
чение и разрыв, резкое проскальзывание элементов крепи с внезапной потерей ус-
тойчивости выработки Т. е. должны обеспечить постоянную податливость охранной
конструкции выработки. С горно-геомеханической точки зрения это означает, что:
- СЭ должны обеспечить «уход» крепи от нагрузок на предельных режимах ис-
пользования механических свойств материала и спецпрофиля;
- СЭ не должны создавать критически жёсткие характеристики работы узла по-
датливости крепи, при которых имело бы место накопление потенциальной энер-
гии в системе «крепь - породный массив», что при переходе в запредельное со-
стояние может привести к внезапному её высвобождению и катастрофическому
разрушению горной выработки.
Ретроспективный анализ тенденций создания и применения СЭ штрековых по-
датливых металлокрепей. показывает, что из многочисленных технических реше-
ний можно выделить два основных направления: болтовые и безболтовые замки
податливости. Первая группа разработок отличается разнообразием, а вторая ба-
зируется на двух главных принципах создания СЭ – кулачковые и клиновые.
Имеющиеся патенты содержат большое число разработок по совершенствованию
СЭ типа «хомут» в части предотвращения отрыва гаек, раскрытия желоба про-
филя, повышения податливости планки, обеспечения совместной работы двух-
трех замков узла податливости. Технические решения направлены на обеспечение
коэффициента надёжности крепи (запаса прочности), характеризующегося отно-
шением величины предельной несущей способности к сопротивлению арки в по-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
175
датливом режиме, равном 1,5-1,6 (при отпоре крепи 40-60 кН/м2 и плотности уста-
новки одна рама на погонный метр выработки).
Наиболее перспективные, на наш взгляд, решения по СЭ приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Патентные решения по СЭ
Страна, но-
мер патента,
МКИ
Конструктивная схема Новизна технического решения
ФРГ,
1173414,
Е21D 11/22
Исключается перекос в работе элемен-
тов крепи за счет применения фигурной
планки с боковыми опорами, отогнутыми
под 45°, взаимодействующими с фланцами
спецпрофиля,
ФРГ,
2724891,
Е21D 11/22
Для применения тяжелых профилей и
повышения грузонесущей способности
верхняя планка имеет угол наклона от
профиля 95-105°, что обеспечивает её
прижатие к фланцу сегмента. Нижний эле-
мент охватывает профиль под ребордами.
ФРГ,
2740064,
Е21D 11/22
Для повышения несущей способности
СЭ содержит опорно-cтопорные части и
распорно-тормозной блок, а для повышения
трения на внутренней поверхности башма-
ка навариваются валики.
ФРГ,
2800049,
Е21D 11/22
Для увеличения несущей способности
крепи используется крюкообразный болт
разного диаметра, что обеспечивает, за счет
разницы в диаметрах, повышение усилий
зажатия элементов крепи.
ФРГ,
2840560,
Е21D 11/22
СЭ исключает перекос замка податли-
вости и изгиб болтов, что обеспечивает жё-
сткую связь между башмаками; контроли-
руется усилие затягивания гаек элемента.
ФРГ,
2850350,
Е21D 11/22
Конфигурацией верхней и нижней охва-
тывающих профиль планок, а также головки
натяжных болтов обеспечивается высокий
уровень сжатия элементов крепи.
ФРГ,
3245599,
Е21D 11/22
Обеспечивается устойчивый режим ра-
боты крепи во времени за счёт жесткости
соединения элементов замка как одного
блока
Анализ патентной литературы, проведенный по СССР, ФРГ, Франции, Англии
и США, показал, что в США крепление выработок на угольных шахтах осуществ-
ляется преимущественно анкерными крепями и сварными арками. В Англии
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
176
большинство разработок относится к жестким двутавровым крепям. Приоритет в
создании новых конструкций СЭ принадлежит ФРГ. Резюмируя результаты па-
тентного поиска, можно заключить, что:
- во многих технических решениях стремятся, используя соединительную план-
ку, придать ей податливость с целью снижения нагрузок на резьбовое соединение
или выполнить ее жёсткой, чтобы препятствовать раскрытию желоба спецпрофиля;
- для совместного смещения концов крепи и соединительных элементов
применяют стопорные (опорно-стопорные) элементы на крепи и скобы выполня-
ются в виде отдельных замков из крюкообразных болтов;
- соединительные элементы выполняют из двух фигурных скобок разной тол-
щины и разной направленностью осей отверстий, пробитых в них для болтов, что
позволяет при затягивании болтов повысить прижатие элементов крепи;
- для увеличения грузонесущей способности и исключения перекоса замков и
изгиба болтов при работе крепи в режиме податливости создают жёсткую связь ме-
жду фигурными скобками замка и между самими замками;
- считают предпочтительным для предотвращения раскрытия желоба спецпро-
филя применение фигурных как фланцев крепи, так и взаимодействующих с ними
выступов нижней фигурной планки замка;
- технические решения отличаются разнообразием по взаимодействию верхней
и нижней фигурных планок (башмаков), при которых обеспечивается устойчивый
податливый режим работы крепи во времени.
Таким образом, проблема создания высокоэффективных устройств соединения
элементов податливой штрековой металлокрепи далека от решения, при этом на
практике в шахтах применяется весьма ограниченное число типов СЭ. Полагаем,
что прогресс в креплении горных выработок с использованием эффективных техни-
ческих решений может быть обеспечен совокупной разработкой таких задач: обос-
нованием рациональных геометрии спецпрофиля и крепи, соответствующей геоме-
ханике условий применения, созданием СЭ с характеристиками жёстко-податливых
компенсаторов, регламент по установке которых в шахте должен быть обеспечен
конструктивными требованиями заводского изготовления. Поэтому, как сам по-
иск, решений, так и их реализация в существенных для отрасли объемах, пред-
ставляет собой достаточно сложный многофакторный процесс, исключающий
перенос известных зарубежных решений (замок G660 и его аналоги в Германии
и Польше) в отечественную практику методом прямого заимствования и тре-
бующий учета её особенностей.
Оценку замковых соединений крепи целесообразно производить по крите-
риям реализации деформационно-силовых параметров крепи: рабочего сопро-
тивления (Рр) и конструктивной податливости (Кр), зависящих от типа крепёж-
ной рамы и конструкции узла податливости, а также массы (m) замка и узла.
Имеющееся многообразие отечественных замковых соединений условно можно
подразделить на три основные группы (табл. 2).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
177
Таблица 2 – Сравнительные характеристики конструкций замковых соединения
Груп
па
Характерные особен-
ности
Тип,
г. в.
m зам-
ка/
узла, кг
Рр узла,
кН
Кр, % Характеристика по-
датливости
0 Прямая несущая план-
ка с передачей усилия
через днище спецпро-
филя. Блокировка са-
мозатяжки отсутству-
ет. Компенсация выбо-
ра прокатных и гибоч-
ных допусков не тре-
буется.
АП3.0
30,
1948
4,2/8,4 0-100 0-100 Устойчивая рабочая
характеристика от-
сутствует
І Усиленная прямая
планка спецпрокат
ПЗС-20 или горячая
штамповка, передача
усилия через днище
спецпрофиля. Блоки-
ровка самозатяжки –
частичная, во втором
случае – отсутствует.
Компенсация допусков
не требуется.
АП3.0
70
(ЗСД),
1976
ЗШ.00
0,
2000
11,8/
11,8
5,7/11,4
70-110
до 300
40, не
более
ІІ Фигурная полностью
облегающая планка с
уменьшенным изги-
бающим моментом и
передачей усилий, как
на днище, так и на
полки спецпрофиля.
Частичная блокировка
усилий самозатяжки.
Компенсация допусков
не предусмотрена.
Замки
семей-
ства
ЗПК,
1976
5,2-5,8/
10,4-
11,6
440-480 28-36
ІІІ Частично разгружен-
ная зажимная планка,
наличие усилителей
стабилизаторов, пере-
дача усилий в основ-
ном через полки спец-
профиля. Частичная
блокировка самоза-
тяжки, в опытных пол-
ках. Полная компенса-
ция влияния прокат-
ных и гибочных до-
пусков. В опытных об-
разцах – полностью
разгруженная, полуох-
ватывающая планка.
АП3.0
30М
(М4,
М6 и
др.)
ЗКМ,
ЗКМД
2005
7,2-7,4/
14,4-
14,8
440-460 26-30
12-18
Замковые соединения старых типов (условно группа «0»), состоящие из
скобы, прямой планки и гаек, не обеспечивают устойчивой характеристики
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
178
крепи, выходят из употребления и не имеют перспективы. Детальный анализ
таких соединений приведен в работе [1].
Группа І включает в себя замковые соединения, при создании которых
предприняты попытки устранить принципиальные недостатки соединений
группы «0»: слабость зажимной планки (обычно полоса 18 х 60 мм), сильная
потяжка скобы при взаимном проскальзывании сегментов, заканчивающаяся
обычно отрывом резьбовой части вместе с гайкой. Результатом таких деформа-
ций зачастую является выход крепи в аварийный режим работы. Поэтому ос-
новные усилия при разработках были направлены, в первую очередь, на повы-
шение прочности зажимной планки.
Поиски в указанном направлении завершились разработкой замкового со-
единения АП3.070 (ЗСД), предложенного ДонУГИ, в конструкции которого для
зажимной планки использован прокатный профиль ПЗС-20, предполагающий
блокирование перекоса и дополнительной потяжки основной зажимной скобы
путем второй откосной скобы, сблокированной с основной специальной дета-
лью. Предполагалась установка в узел податливости одного такого соединения,
что для циркульных крепей старых типов (АП3 и др.) считалось вполне доста-
точным. Однако, в процессе эксплуатации выявились недостатки принципиаль-
ного характера: значительный вес (10-14 кг), недостаточный уровень рабочего
сопротивления (менее 200 кН/раму), зажим нахлёстки сегментов в одной точке,
приводящий к образованию пластического шарнира и утрате рабочей характе-
ристики с необратимыми повреждениями верхней части стоек крепи (отрыв
днища). В ряде случаев, когда требовалось достижение больших значений ра-
бочего сопротивления, в главных узлах податливости устанавливалось два зам-
ковых соединения указанного типа.
В конструкции замка ЗШ основное внимание сосредоточено на повышении
прочности зажимной планки и фиксации замкового соединения по месту уста-
новки, для чего на планке, изготавливаемой методом горячей штамповки, пре-
дусмотрены специальные выступы, которые при изгибе планки сжимают стен-
ки спецпрофиля, однако средств, предотвращающих выход скобы из плоскости
установки не предусмотрено (в замках ЗСД – дополнительная удерживающая
скоба)
Технические решения ІІ группы, включающие замковые соединения типа
ЗПК: ЗПК-М, ДК, ЗПС и их аналоги [3], направлены на достижение двух ос-
новных целей: снижение величины моментов, стремящихся вывести зажимную
скобу из плоскости затяжки при взаимном проскальзывании сегментов, и сни-
жение изгибающих моментов, действующих на зажимную планку. В обоих
случаях снижение величины моментов достигается изменением (уменьшением)
плеча, в то время как прилагаемые усилия остаются теми же, что и в соедине-
ниях нулевой группы (например, АП3.030). Отличительными признаками зам-
ков такого типа, являются полностью охватывающая планка и укороченная за-
жимная скоба (в ряде случаев – усиленная).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
179
Однако результаты многолетней практики их применения нельзя считать
однозначно положительными. Характеристика таких замковых соединений во
всех вариантах является довольно круто нарастающей и, следовательно, крепь
при просадке более 300-400 мм может переходить в жёсткий режим работы с
необратимыми деформациями. Эти замки требуют высокой точности изготов-
ления, в связи с чем для изгиба планки необходимо использование горячих
процессов, причем в ее охватывающей части металл используется нерацио-
нально.
Прообраз зарубежного аналога замков ЗПК также имеет замки с огибающей
планкой [4], однако существенно отличается по ряду признаков. Замок имеет
пологонарастающую характеристику и рабочее сопротивление узла 200-220 кН
на профиле ТН58, при высоком уровне стабильности параметра (разброс
±28%). В замке такого типа скоба заменена планкой с двумя спецболтами и
усиленными гайками.
Отечественная попытка создания аналога на основе нового спецпрофиля
КГВ и двух планочных – ВПШ и НПШ, предпринятая ДонУГИ [3], потерпела
неудачу главным образом из-за слабости производственной базы. Дальнейшее
развитие этого направления за рубежом пошло по пути отказа от планки и скоб,
а запатентованные решения представляют чистые струбцины, сжимающие пол-
ки спецпрофиля. Результаты практической реализации таких соединений воз-
можны только при наличии соответствующего профиля с принудительным за-
цеплением по полкам.
Переходя к анализу технических решений III группы замковых соединений,
направленных на повышение рабочего сопротивления при одновременной его
стабилизации на всем интервале конструктивной податливости, следует заме-
тить, что основные направления и приёмы достижения цели исследованы и де-
тально отображены в отечественных и зарубежных публикациях [5].
То обстоятельство, что в отечественной практике нет универсального зам-
кового соединения, отвечающего всем требованиям, объясняется, в основном,
двумя моментами. Во-первых, роль и значимость параметров рабочей характе-
ристики податливых крепей оцениваются не вполне однозначно, что является
отражением положений старого концептуального подхода. Во-вторых, как сви-
детельствует зарубежная практика, проблема достаточно сложна и рассчиты-
вать на успех возможно только путем внедрения комплексных решений, затра-
гивающих многочисленные сопряжённые проблемы (наличие современных ти-
пов и номенклатуры прокатных профилей, использование новых способов из-
готовления сегментов крепи, поверхностного упрочнения поверхностей трения,
более прочные марки стали и т. д.). В то же время необходимо заметить, что
возможность реализации зарубежных решений ограничивается состоянием оте-
чественной базы производства и рядом других моментов, включая человече-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
180
ский фактор. При этом, разумеется, не последним по значимости моментом яв-
ляется обеспечение приемлемых стоимостных параметров.
Известно, что величина и стабильность параметров рабочей характеристики
крепи определяется следующими условиями:
- геометрической неизменяемостью конструкции замка в целом, как зажим-
ного устройства;
- постоянством положения плоскости замкового соединения относительно
продольной оси сопрягаемых сегментов (минимизация эффекта самозатяжки);
- учетом прокатных и гибочных допусков при изготовлении крепи (качество
изготовления);
- способами и схемами передачи сжимающих образующие сегменты усилий;
- материалами и технологическими приемами изготовления крепи и элемен-
тов замкового соединения.
С точки зрения комплексного содержания средств и приемов повышения
работоспособности крепи, наибольший интерес представляют технические ре-
шения, условно отнесенные к группе III (табл.2), которые предполагают:
− передачу главного зажимного усилия непосредственно через полки спец-
профилей сопрягаемых элементов;
− использование полуогибающей планки, которая участвует в непосредст-
венной передаче главного зажимного усилия и не связана с проблемой выбора
прокатных и гибочных допусков;
− введение в состав конструкции в качестве промежуточного элемента ста-
билизаторов, предназначенных для выравнивания сжимающих усилий;
− введение специальных элементов связки между замковыми соединениями
в составе узла податливости, выполняющих также роль стабилизатора;
− использование усиленной зажимной скобы.
Основным достоинством технических решений III группы является возмож-
ность получения достаточно высокого и стабильного рабочего сопротивления
при минимизации разброса значений, а также благоприятного общего типа ра-
бочей характеристики, близкой к характеристике постоянного сопротивления
(рис. 1).
Включение в конструкцию замка дополнительных усилителей (стабилизато-
ров) с целью решения проблем прочности зажимной планки, с рациональной
передачей усилий и выбора допусков, было предложено ЗДНПЦ «Геомехани-
ка» [6] и реализовано в замках типа ЗКМ и АПЗ.030М4 .
Помимо этих замковых соединений, необходимо упомянуть ряд конструк-
ций, возникших в процессе разработки основной идеи, с различной полнотой
реализации. Например, замок со стабилизатором «пружинного» типа. Произ-
водственная проверка его выявила определённые недостатки в конструктивных
решениях. Например, замок М4 (М6) не полностью обеспечивает требование к
типу рабочей характеристики, к тому же масса замка довольно значительна (до
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
181
7,4 кг). Замок со стабилизатором «пружинного» типа, изготовленный из обыч-
ной стали, легко и необратимо деформируется в случаях, когда узел податливо-
сти крепи оказывается под воздействием изгибающего момента, что в целом
типично для большинства случаев нагружения крепей.
В связи с этим в ближайшее время следует ожидать появления технических
решений, направленных на совершенствование конструкции замковых соеди-
нений с учётом проверенных принципов обеспечения их работоспособности.
1, 2, 3 – АП3.030М (М2, М4, М6), соответственно;
4, 5 – экспериментальные ЗКМ и ЗКМД (во всех случаях – СВП-33)
- - - – для случаев 1-4 (крепь КМП-А4К)
- - - – оптимальная по условиям применения (крепь G-660, Германия)
Рисунок 1 - Влияние стабилизации характеристики крепи при введении в конструкцию
элементов сглаживания (планка на изгиб не работает)
Однако следует подчеркнуть, что окончательно задача может быть решена
только на основе комплексного подхода, предполагающего переход на новый
тип прокатных профилей для изготовления рам податливой крепи. В этом слу-
чае обеспечение стабильности рабочей характеристики решается наиболее ис-
черпывающим образом.
Ретроспектива совершенствования замковых соединений следующая.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
182
I этап. Использование усиленной зажимной планки, представленной специ-
альным прокатным профилем или изготавливаемой методом литья, горячей
штамповки, с передачей усилия зажима через днище спецпрофиля.
II этап. Использование огибающей жесткой планки и укороченной зажим-
ной скобы (в ряде случаев усиленной) с целью уменьшения плеча усилия, вы-
зывающего перекос плоскости замка при проседании (примерно на 40%); пере-
дача усилия зажима смешанная – частично через днище, частично по полкам
сопрягаемых профилей.
III этап. Использование разгруженной облегчённой полуогибающей планки,
функция которой сводится лишь к замыканию конструкции, в которую вводит-
ся дополнительный усиливающий элемент – стабилизатор. Его назначение:
блокировка перекоса плоскости замка при проседании узла, выбор прокатных и
гибочных допусков (молковки спецпрофиля при гибке сегментов крепи), а так-
же передача зажимного усилия непосредственно через полки сопрягаемых
профилей. В целом этап III представляет переходную группу к конструкциям
чисто струбцинного типа.
В развитии указанных требований и направлений нами создан и предлагает-
ся к промышленному использованию новый соединительный замок «ЗСГ» [8],
который представляет собой соединительный элемент струбцинного типа, где
сжатие спецпрофиля осуществляется практически только по полкам и позволя-
ет реализовать их принудительное сцепление по принципу «трение в желобе».
В основе стоит техническая задача эффективного блокирования перекоса
плоскости крепёжной скобы и фигурной планки относительно продольной оси
поперечного сечения внутреннего и внешнего соединяемых звеньев; надёжной
фиксации усовершенствованным упором фланцев внутреннего звена в задан-
ном положении при работе под нагрузкой в податливом режиме; плавной и эф-
фективной работы замка в узлах податливости и повышения уровня рабочего
сопротивления крепи.
Совершенствование замка узла податливости металлорамной податливой
крепи направлено на повышение жёсткости, прочности и надёжности, а также
на обеспечение стабилизации параметров рабочего сопротивления в интервале
конструктивной податливости при которой отклонения величины рабочего со-
противления от проектной величины не превышают допустимые ±12-15 %.
Поставленная задача решается, а результат достигается тем, что замок
«ЗСГ» содержит планку-стабилизатор, состоящую из фигурной планки и двух
упоров, которые соединены с наклонными боковыми стенками фигурной план-
ки и имеют сквозные вертикальные отверстия, а также крепёжную скобу П-
образной формы с резьбовыми концами, пропущенными через сквозные верти-
кальные отверстия упоров и снабженные гайками (рис. 2). В узлах податливо-
сти крепи планка-стабилизатор и крепёжная скоба охватывают по замкнутому
периметру внутренние и внешние звенья, которые соединены между собой вна-
хлёстку, с возможностью относительного скольжения с сопротивлением под
нагрузкой, имеют донышки, наклонные боковые стенки и фланцы и выполнены
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
183
под размеры шахтных спецпрофилей. В планке-стабилизаторе фигурная планка
выполнена с вогнутой средней частью так, что она огибает донышко и полно-
стью охватывает наклонные боковые стенки внутреннего звена, а на торцевых
поверхностях наклонных боковых стенок выполнены горизонтальные опорные
выступления, для контакта с фланцами внутреннего звена крепления снизу
Упоры выполнены так, что их нижние части примыкают к наклонным боковым
стенкам фигурной планки снаружи, а их верхние части выступают над торце-
выми поверхностями наклонных боковых сверху, имеют опорные поверхности
для контакта с фланцами внутреннего звена крепи снаружи, выполненные как
одно целое с фигурной планкой и образовывают штампованную моноконструк-
цию планки-стабилизатора.
а) б)
а) общий вид б) узел соединения
Рисунок 2 - Замок «ЗСГ»
В связи с тем, что в планке-стабилизаторе фигурная планка полностью охва-
тывает наклонные боковые стенки внутреннего звена, обеспечивается плотное
её примыкание, вследствие чего достигается полная блокировка перекоса плос-
кости крепёжной скобы и фигурной планки относительно продольной оси по-
перечного сечения внутреннего и внешнего звеньев крепи. Это обеспечивает
необходимое силовое затягивание звеньев крепи, противодействие боковому
смещению, плавность работы узла податливости и стабильность рабочего со-
противления. Поскольку относительное скольжение внутреннего и внешнего
звеньев в податливом режиме работы крепи происходит без рывков, рабочее
сопротивление крепи приобретает прямолинейную характеристику, вследствие
чего достигается стабильность рабочего сопротивления в интервале конструк-
тивной податливости крепи.
Кроме приведенных выше главных отличий, соединительный элемент
«ЗСГ» имеет и дополнительные отличия в разных модификациях его выполне-
ния в зависимости от условий изготовления и эксплуатации. Так в замке «ЗСГ»,
по краям наклонных боковых стенок фигурной планки планки-стабилизатора
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
184
выполнены продольные внешние рёбра жёсткости, что повышает прочность и
надёжность планки-стабилизатора и замка в целом.
Наклонные боковые стенки фигурной планки планки-стабилизатора выпол-
нены так, что их ширина постепенно увеличивается снизу вверх от вогнутой
средней части к месту соединения с упорами. За счёт этого увеличивается ши-
рина контакта планки-стабилизатора с внутренним звеном, которое повышает
надёжность блокировки перекоса плоскости крепёжной скобы и фигурной
планки относительно продольной оси поперечного сечения соединяемых звень-
ев крепления. Это обеспечивает плавность работы узла податливости крепи и
стабильность рабочего сопротивления.
Дополнительно в замке «ЗСГ» горизонтальные опорные выступы на торце-
вых поверхностях наклонных боковых стенок фигурной планки, предназначен-
ные для контакта с фланцами внутреннего звена крепления снизу, имеют фор-
му, которая отвечает форме контактных поверхностей соединения наклонных
боковых стенок и поверхностей фланцев снизу внутреннего звена крепления.
Это позволяет использовать замок «ЗСГ» для крепей, звенья которых изготов-
лены из разных шахтных спецпрофилей, например СВП или СПА.
Замковые соединения «ЗСГ» прошли стендовые исследования, которые по-
казали высокое рабочее сопротивление (до 250-290 кН на узел) и устойчивую
характеристику (разброс отклонения в среднем 8-15 %) на всем интервале кон-
структивной податливости и рекомендованы к шахтным испытаниям.
__________________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Литвинский, Г. Г. Стальные рамные крепи горных выработок / Г. Г. Литвинский, Г. И. Гайко, Н.
И. Кулдыркаев. - К.: Техніка, 1999. - 216 с.
2. Усаченко, Б. М. Охрана подготовительных выработок глубоких горизонтов шахт Западного
Донбасса / Б. М. Усаченко, В. Я. Кириченко, А. В. Шмиголь. – М. : ЦНИЭИуголь, 1992. – 167 с.
3. Пат. 74742 України, Е21Д 11/22, 11/14. Замок вузла податливості металевого рамного податливого
кріплення із шахтних спецпрофілів / В. Я. Кириченко, Г. Г. Сугаренко (Україна). - №20041008476; заявл.
18.10.04; опубл. 16.01.05; Бюл. № 1.
4. Eisenhutte Haintzmann GmbH. – Bochum: GmbH, 1996. – 4 s.
5. Пат. 56078 України, Е21D 11/14, 11/22. Замок вузла податливості / Г. Г. Сугаренко, Н. А. Алиев,
В. Я. Кириченко (Україна). - № 2002108533; заявл. 28.10.02; опубл. 15.11.04; Бюл. №11.
6. Пат. 78792 України, Е21D 11/14, 11/22. Замок вузла податливості багатоланкового металевого
рамного податливого кріплення «ЗСГ» / В. Я. Кириченко, А. В. Кириченко, Г. Г. Сугаренко [та ін.]. - №
u201214778; заявл. 24.12.12; опубл. 25.03.13; Бюл. №6.
REFERENCES
1. Litvinsky, G.G, Gaiko G.I. and Kuldyrkaev, N.I. (1999), Stalnye ramnye krepi gornyrh vyrabotok
[Steel frame of mine support], Technika, Kiev, Ukraine.
2. Usachenko, B.M., Kirichenko, V.Ya. and Shmigol, A.V. (1992), Okhrana podgotovitelnykh
vyrabotok glunokirh gorizontov sharht Zapadnogo Donbassa [Protection of development workings deep
horizons of the Western Donbass mines], Tsnieiugol, Moskva, Russia.
3. Kirichenko, V.Ya. and Sugarenko G.G. (2004), Zamok vuzla podatlivosty metalevogo ramnogo
podatlivogo kriplennya iz sharhtnirh spetsprofiliv [Lock of knot of pliability of the metallic frame pliable fastening
from the mine special profile], Donetsk, Ukraine, Pat. 74742.
4. “Eisenhutte Haintzmann GmbH“, (1996), Bochum: GmbH, 4 s.
5. Sugarenko, G.G., Aliyev, N.A. and Kirichenko, V.Ya. (2002), Zamok vuzla podatlivosty [Lock of knot of
pliability], Donetsk, Ukraine, Pat. 56078.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
185
6. Kirichenko, V.Ya., Kirichenko A.V. and Sugarenko G.G. (2012), Zamok vuzla podatlivosti
bagatolankovogo metalevogo ramnogo podatlivogo kriplennya «ZSG» [Lock of knot of pliability of the it-
erative metallic frame pliable fastening «ZSG »], Donetsk, Ukraine, Pat. 78792.
____________________________________
Об авторах
Кириченко Владимир Яковлевич, доктор технических наук директор ООО «Западно-Донбасский
научно-производственный центр «Геомеханика» (ЗДНПЦ «Геомеханика»), Павлоград, Украина,
geomeh.krp@mail.ru.
Шишов Максим Валериевич, специалист отдела технологии, техники и развития горных работ
департамента по техническому развитию Дирекции по добыче угля ООО «ДТЭК», Донецк, Украина,
shishovmv@dtek.com
About the authors
Kirichenko Vladimir Yakovlevich, D. Sc. (Tech.) Director of "Western Donbass Research and
Production Center" Geomechanics "(ZDNPTS "Geomechanics"), Pavlograd, Ukraine, geomeh.krp@mail.ru.
Shishoff Maxim Valeriyovych, Specialist of technology, engineering and mining development
department of the Directorate of Technical Development of coal mining, LTD «DTEC», Donetsk,
Ukraine, shishovmv@dtek.com.
____________________________________
Анотація. Проаналізовано вітчизняні та зарубіжні конструкції замкових з’єднань мета-
лорамних кріплень. Показано, що основні негативи пов’язані з невідповідністю вимогам сто-
совно робочого опору та податливості. Визначено технічні умови, що забезпечують стабіль-
ність основних параметрів їх робочих характеристик. Виконано класифікацію технічних рі-
шень по створенню замкових з’єднань для металопрофілів. Визначено напрямки вдоскона-
лення замкових з'єднань для підвищення ефективності роботи кріплень гірничих виробок і
основні етапи виконання даних робіт. Запропоновано нове технічне рішення – замок струб-
цинного типу « ЗСГ», який забезпечує оптимальні умови роботи системи «кріплення - ма-
сив». Основна відмінність замка «ЗСГ» полягає в наявності спеціальної планки - стабілізато-
ра. Дане замкове з’єднання пройшло стендові та рекомендовано до шахтних випробувань.
Технічне рішення захищено патентом України.
Ключові слова. Металорамне кріплення, замкові з'єднання, аналіз конструкцій, напрям-
ки вдосконалення, замок струбцинного типу.
Abstract. Domestic and foreign designs of interlocks for the steel frame supports are analyzed.
It is shown that their main drawbacks are associated with their mismatch to the requirements on
support work resistance and yielding. Technical conditions are defined that ensure stability of basic
parameters of the support operating characteristics. Classification of technical solutions on creation
of interlocks for the steel supports is presented. Trends of the interlocks improvement for increasing
efficiency of the tunnel supports and basic stages of these works are described. A new technical
solution – the "ZSG" interlock of the screw-clamp type is presented which provides optimal
working conditions for the "support - massif" system. The "ZSG" interlock principally differs from
any other by its special bar - stabilizer. This interlock was successfully tested by bench and is
recommended for the tests in mine. The technical solution was patented in Ukraine.
Keywords: steel frame supports, interlocks, analysis of structures, areas for improvement,
interlock of the screw-clamp type.
Статья поступила в редакцию 23.08. 2013
Рекомендована к публикации д-ром техн. наук С.И. Скипочкой
mailto:geomeh.krp@mail.ru�
mailto:geomeh.krp@mail.ru�
mailto:shishovmv@dtek.com�
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87398 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T09:14:11Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кириченко, В.Я. Шишов, М.В. 2015-10-17T18:58:33Z 2015-10-17T18:58:33Z 2013 Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок / В.Я. Кириченко, М.В. Шишов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 173-185. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87398 622.28.043.2 Проанализированы отечественные и зарубежные конструкции замковых соединений металлорамных крепей. Показано, что их основные недостатки связаны с несоответствием требованиям по рабочему сопротивлению и податливости. Определены технические условия, обеспечивающие стабильность основных параметров их рабочих характеристик. Выполнена классификация технических решений по созданию замковых соединений для металлокрепей. Определены направления совершенствования замковых соединений для повышения эффективности работы крепей горных выработок и основные этапы выполнения данных работ. Предложено новое техническое решение – замок струбцинного типа «ЗСГ», который обеспечивает оптимальные условия работы системы «крепь – массив». Основное отличие замка «ЗСГ» состоит в наличии специальной планки – стабилизатора. Данное замковое соединение прошло стендовые и рекомендовано к шахтным испытаниям. Техническое решение защищено патентом Украины. Проаналізовано вітчизняні та зарубіжні конструкції замкових з’єднань металорамних кріплень. Показано, що основні негативи пов’язані з невідповідністю вимогам стосовно робочого опору та податливості. Визначено технічні умови, що забезпечують стабільність основних параметрів їх робочих характеристик. Виконано класифікацію технічних рішень по створенню замкових з’єднань для металопрофілів. Визначено напрямки вдосконалення замкових з'єднань для підвищення ефективності роботи кріплень гірничих виробок і основні етапи виконання даних робіт. Запропоновано нове технічне рішення – замок струбцинного типу « ЗСГ», який забезпечує оптимальні умови роботи системи «кріплення - масив». Основна відмінність замка «ЗСГ» полягає в наявності спеціальної планки - стабілізатора. Дане замкове з’єднання пройшло стендові та рекомендовано до шахтних випробувань. Технічне рішення захищено патентом України. Domestic and foreign designs of interlocks for the steel frame supports are analyzed. It is shown that their main drawbacks are associated with their mismatch to the requirements on support work resistance and yielding. Technical conditions are defined that ensure stability of basic parameters of the support operating characteristics. Classification of technical solutions on creation of interlocks for the steel supports is presented. Trends of the interlocks improvement for increasing efficiency of the tunnel supports and basic stages of these works are described. A new technical solution – the "ZSG" interlock of the screw-clamp type is presented which provides optimal working conditions for the "support - massif" system. The "ZSG" interlock principally differs from any other by its special bar - stabilizer. This interlock was successfully tested by bench and is recommended for the tests in mine. The technical solution was patented in Ukraine. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок Напрямок створення ефективних з'єднувальних елементів для податливого кріплення гірничих виробок Creation of effective connective elements for yielding supports in the mine tunnels Article published earlier |
| spellingShingle | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок Кириченко, В.Я. Шишов, М.В. |
| title | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок |
| title_alt | Напрямок створення ефективних з'єднувальних елементів для податливого кріплення гірничих виробок Creation of effective connective elements for yielding supports in the mine tunnels |
| title_full | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок |
| title_fullStr | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок |
| title_full_unstemmed | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок |
| title_short | Направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок |
| title_sort | направление создания эффективных соединительных элементов для податливых крепей горных выработок |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87398 |
| work_keys_str_mv | AT kiričenkovâ napravleniesozdaniâéffektivnyhsoedinitelʹnyhélementovdlâpodatlivyhkrepeigornyhvyrabotok AT šišovmv napravleniesozdaniâéffektivnyhsoedinitelʹnyhélementovdlâpodatlivyhkrepeigornyhvyrabotok AT kiričenkovâ naprâmokstvorennâefektivnihzêdnuvalʹnihelementívdlâpodatlivogokríplennâgírničihvirobok AT šišovmv naprâmokstvorennâefektivnihzêdnuvalʹnihelementívdlâpodatlivogokríplennâgírničihvirobok AT kiričenkovâ creationofeffectiveconnectiveelementsforyieldingsupportsintheminetunnels AT šišovmv creationofeffectiveconnectiveelementsforyieldingsupportsintheminetunnels |