Результат интеллектуальной деятельности: КРЕПЬ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Изобретение относится к горному делу, а именно к сооружению шахтных стволов, в том числе при проходке шахтных стволов специальными способами, например способом искусственного замораживания пород.

Известна крепь для горных выработок, состоящая из концентрично установленных металлических тюбинговых колец, стыки фланцев которых для защиты от притока грунтовых вод, то есть для обеспечения водонепроницаемости крепи, герметизируются или материалом, расширяющимся при твердении, например расширяющимся цементом типа ВРЦ (БУС), или путем чеканки свинцовых прокладок (авт. свид. СССР №1221366 от 31.05.1984, кл. E21D 5/08).

Недостатком указанной крепи является следующее. Известно, что крепь подземных сооружений, например шахтных стволов, эксплуатируется в условиях переменной температуры, то есть в летнее время температура воздуха и вмещающего породного массива выше, чем в зимнее. Указанная разница температур увеличивается при сооружении шахтных стволов способом искусственного замораживания.

Температурное удлинение (или сокращение) линейных размеров крепи, например металлических тюбингов, приводит к разрушению уплотнительных прокладок и нарушению герметичности в уплотнительных стыках между тюбингами, что снижает водонепроницаемость крепи подземных сооружений, особенно шахтных стволов.

Известна конструкция крепи для подземных сооружений по пат. РФ №2136885 от 17.03.1998, кл. E21ДD 5/10, содержащая металлические тюбинги, стыки которых снабжены герметизирующими прокладками и стянуты по всей окружности болтовыми соединениями, а между прокладок размещены дополнительные металлические составные кольца.

Недостатком крепи по пат. РФ №2136885 является также низкая водонепроницаемость крепи, так как дополнительные составные кольца также изменяют свои линейные размеры при изменении температуры окружающей среды, что приводит к нарушению герметичности стыков в тюбинговой крепи.

Наиболее близким техническим решением является конструкция крепи по пат. РФ №2436959 от 10.12.2008 г., кл. E21D 5/10. Данная крепь для подземных сооружений типа вертикальных стволов шахт состоит из металлических тюбингов с горизонтальными и вертикальными фланцами, соединенных между собой через уплотнительные прокладки болтовыми элементами с гидроизоляционными шайбами. Для защиты от грунтовых вод горизонтальные стыки (швы) между сопрягаемыми фланцами тюбингов герметизируются посредством «чеканки» свинцовыми уплотнителями. Недостатком конструкции крепи-прототипа является низкая ее водонепроницаемость, так как материалы тюбингов (сталь или чугун) и уплотнителей (свинец) имеют различные показатели температурной деформации, что приводит к нарушению уплотнения стыков, то есть снижает водонепроницаемость шахтной крепи.

Целью настоящего изобретения является повышение водонепроницаемости крепи для подземных сооружений.

Указанная цель достигается тем, что поверхности фланцев, не скрепляемые с уплотнительными прокладками, выполнены рифлеными, а уплотнительные прокладки расположены на поверхностях фланцев, противоположных рифленым поверхностям, и выполнены из гидрофильного упругого материала, саморасширяющегося при уменьшении нагрузки.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 схематично показан фрагмент крепи подземного сооружения, а именно шахтного ствола, состоящей из металлических тюбингов, соединяемых по фланцам болтовыми соединениями. На фиг. 2 показано сечение А-А, поясняющее взаиморасположение фланцев тюбинга, выполненных с рифленой поверхностью, и фланцев, скрепленных с уплотнительной прокладкой; на фиг. 3 схематично показана конструкция металлического тюбинга, одна поверхность горизонтального фланца которого выполнена рифленой, а другая противоположная поверхность герметично скреплена с уплотнительной прокладкой.

Крепь для подземных сооружений, например, типа шахтных стволов состоит из металлических тюбингов 1, выполненных, например, из чугуна. Тюбинги имеют горизонтальные 2 и вертикальные 3 фланцы и необходимое количество ребер жесткости 4. В фланцах выполнены отверстия 5 для размещения в них болтовых соединений 6 с герметизирующими шайбами 7.

Одна из поверхностей 8 горизонтальных фланцев 2 выполнена рифленой, то есть имеет углубления, а противоположная (нерифленая) поверхность 9 горизонтального фланца герметично скреплена с уплотнительной прокладкой 10.

Уплотнительные прокладки 10 выполнены из гидрофильного упругого материала, например из специальной резины, или из низкомодульных полимеров, которые обладают свойством расширяться, то есть восстанавливают свои линейные размеры при снятии (или уменьшении) деформирующей нагрузки и наличии воды.

Крепь для подземных сооружений типа шахтных стволов работает следующим образом.

Посредством горизонтальных 2 и вертикальных 3 фланцев, а также болтовых соединений 6 из тюбингов 1 монтируется тюбинговая колонна для крепления подземного сооружения. Монтаж данной крепи осуществляется известными методами и механизмами, описанными в многочисленной учебной и научно-технической литературе (например, в «Справочнике инженера-шахтостроителя», т. 2, М.: Недра, 1972, стр. 171-174).

При затяжке болтовых соединений 6 создается сжимающая нагрузка между фланцами 2 в сопрягаемых тюбингах 1. Рифленая поверхность 8 входит вершинами углублений (рифов) в уплотнительную прокладку 10. Глубина погружения рифов в данную прокладку составляет около 1/3 ее толщины, что обеспечивает герметичность между поверхностями 8 и 9 сопрягаемых фланцев 2. При изменении (снижении) температуры окружающей среды, тюбинги 1 укорачиваются, то есть нагрузка на уплотнительные прокладки 10 уменьшается. Благодаря свойствам материала, из которого предлагается выполнять прокладки 10, они саморасширяются, заполняя зазор между фланцами 2 тюбингов 1, то есть при этом сохраняется герметичность крепи. Следовательно, обеспечивается водонепроницаемость крепи при ее температурных деформациях.

Как широко известно, в конструкциях крепи подземных сооружений и особенно шахтных стволов наиболее слабым местом при обеспечении водонепроницаемости являются стыки между поверхностями горизонтальных фланцев. Поэтому для обеспечения водонепроницаемости крепи в условиях изменяющихся температурных деформаций тюбинговой крепи применяются (для уменьшения сезонного температурного градиента) весьма ресурсозатратные технологии, например подогрев воздуха и постоянная «подчеканка» свинцовых уплотнений.

Благодаря новой рифленой форме выполнения поверхности 8 горизонтального фланца 2, которая не скрепляется с уплотнительной прокладкой 10, и новому взаимному расположению деталей, при котором уплотнительная прокладка 10 герметично скреплена с противоположной поверхностью 9 (не рифленой) горизонтального фланца 2 и выполнена из гидрофильного упругого материала, саморасширяющегося при снижении нагрузки, повышается водонепроницаемость крепи. Кроме того, снижаются энергозатратные работы на подогревание воздуха в шахтных стволах и трудоемкие работы на «подчеканивание» стыков между тюбингами крепи.