Монолитная взрывоустойчивая перемычка

(51) 21 5/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ щитов, установленных в горной выработке, кроме того, для повышения устойчивости перемычки за счет перераспределения напряжений в теле перемычки при воздействии на нее ударной волной взрыва, она снабжена не менее чем двумя,предварительно заполненными жидкостью, Гобразными герметичными гофрированными рукавами, имеющими горизонтально и вертикально расположенные участки, установленные между опорными щитами опалубки, при этом каждый вертикальный участок гофрированных рукавов снабжен защитным корпусом, состоящим из двух вертикально установленных швеллерных балок, а каждый горизонтальный участок уложен на почву выработки и пропущен через щит опалубки навстречу действию взрыва, отличается тем, что во внутрь горизонтальных рукавов с водой вставлены эластичные емкости с расширяющимся веществом. Техническим результатом изобретения предложенного устройства является повышение надежности работы преграды и избирательного перераспределения напряжений в ее теле.(72) Плотников Валерий Михайлович Какенов Кайрат Саттуович Ударцева Светлана Михайловна Федосин Андрей Игоревич(57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при изоляции пожарных участков в шахтах, опасных по взрывам газа и пыли, а также для защиты объектов гражданской обороны, размещенных в горных выработках, от разрушения взрывом. Задачей данного изобретения является разработка более надежной конструкции взрывозащитной монолитной перемычки. Монолитная взрывоустойчивая перемычка,включающая заполненную быстротвердеющим раствором опалубку, состоящую из двух опорных Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при изоляции пожарных участков шахтах, опасных по взрывам газа и пыли, а также для защиты объектов гражданской обороны, размещенных в горных выработках, от разрушения взрывом. Известно устройство для локализации ударных волн аварийных взрывов в шахтах представляющее собой монолитную преграду, возведенную между щитов опалубки. Причем, толщина перемычки (Н) зависит от максимального давления, действующего на перемычку от ударной волны взрыва (Ротр),предела прочности материала перемычки на растяжение (р) и определяется по расчетной зависимости где- высота или ширина перемычки(принимается большое сечение), м Ротр - максимальное давление, действующее на перемычку от ударной волны взрыва, МПа р - расчетное сопротивление материала перемычки на растяжение. МПа (см. А.А.Мясников,Ю.А. Миллер, Н.Е. Комаров, - Вентиляционные сооружения в угольных шахтах. М, Недра, 1983,1 238-239). Однако такие монолитные перемычки трудоемки при возведении и требуют больших материальных и трудовых затрат, включая повышение надежности их эксплуатации. Наиболее близкой к предложенному техническому решению является конструкция монолитной перемычки, в теле которой под воздействием ударной волны происходит перераспределение напряжений (см. А.с. 1362140 МКП 21 5/00 Взрывоустойчивая монолитная перемычка). Такая перемычка содержит заполненную быстротвердеющим раствором опалубку,состоящую из двух опорных щитов,смонтированных в горной выработке. Между ними установлено не менее двух Г-образных герметичных, заполненных жидкостью рукавов. Каждый вертикальный участок рукавов имеет защитный корпус, состоящий из двух вертикально установленных швеллерных балок. Каждый горизонтальный участок рукавов уложен на почву выработки и пропущен через щит опалубки навстречу действия взрыва. При взрыве ударная волна вначале оказывает давление на горизонтальный участок рукавов, заполненных водой. Это давление передается вертикальному участку, который передает его на стенки балок. Создается дополнительный распор в конструкции перемычки, способствуя ее работе на сжатие в растянутой зоне,что повышает несущую способность перемычки. Недостатком этого устройства является его низкая надежность работы, обусловленная тем, что при одинаковых диаметрах вертикальных и горизонтальных прочных эластичных рукавов,2 заполненных водой, нагрузка от отраженной от перемычки волны передается через воду одинаково. Величина возникающего в воде давления зачастую недостаточна для возникновения необходимого разгружающего момента в перемычке, создающего перераспределения напряжений в теле перемычки. Надежность работы в таких конструкциях не всегда обеспечивается из-за того, что трудно создать равнопрочное соединение металлических пробок с торцами рукавов, заполняемых водой, через стенки которых передается нагрузка от отраженной ударной волны. Задачей данного изобретения является разработка более надежной конструкции взрывозащитной монолитной перемычки. Техническим результатом изобретения предложенного устройства является повышение надежности работы преграды и избирательного перераспределения напряжений в ее теле (в зоне растягивающих напряжений в теле перемычки создаются сжимающие напряжения). Это достигается тем,что диаметр горизонтальной части Г-образных элементов выполнен не менее чем в 1,1 раза больше вертикально расположенных между швеллерными балками. Кроме того, равнопрочное соединение торцевых металлических крышек между собой единым тросом в Г-образных (гофрированных) рукавах с водой предотвращает отказы в их работе при взаимодействии с отраженной ударной волной,что повышает несущую способность перемычки. Во внутрь рукавов с водой у заглушек в горизонтальных их частях размещают герметичные эластичные емкости, которые изготовлены из тонкой резины в виде шаров (камеры для мячей),заполненных водным раствором невзрывчатого разрушающего средства (НРС-1), выполненного по ТУ 21-58-22-86 и после их герметизации автономно размещены в объеме воды горизонтальных рукавов. НРС-1 - смесь веществ, химическая реакция которых приводит к возникновению увеличения первоначального объема смеси и создания механических напряжений без горения и взрыва. Основным компонентом НРС-1, является окись кальция. Ее содержание достигает 60-90 от общей массы НРС-1, остальное отходы целлюлознобумажной промышленности до 100. Рабочая смесь изготовлялась на воде, количество которой составляет 28-30 от массы НРС-1. Рабочая смесь заливалась в эластичную емкость (например, в камеру от мяча), герметично закрывалась и устанавливалась в горизонтальную часть рукавов разгружающих элементов, заполненных водой. В результате реакции гидратации НРС-1 расширяется,увеличиваясь в объеме. При этом расширяется и герметичная эластичная оболочка и сжимает окружающую ее жидкость. Согласно закону Паскаля давление передается одинаково по всему объему воды, находящейся в Г-образных рукавах. При этом установлено, что увеличение объема эластичной емкости в результате расширения НРС-1 влияет на создаваемое в замкнутом объеме жидкости давление. где - увеличение в объеме эластичной емкости, м 3 Р - избыточное давление, возникающее в замкнутом объеме Г-образных рукавов разгружающих устройств, МПа- коэффициент объемного сжатия жидкости находящейся в рукавах, 1/МПа 0 - объем жидкости находящейся в рукавах, м 3- коэффициент поглощения давления эластичной оболочкой, который зависит от вида оболочки и определяется экспериментально (1). На фиг.1 показан общий вид перемычки на фиг.2 - узелна фиг.3 - разрез А-А с фиг.1 на фиг.4- узелна фиг.5 - расчетная схема перемычки при действии на нее нагрузки от взрыва. Перемычка состоит из опорных щитов 1 опалубки, между которыми установлены не менее двух Г-образных гофрированных рукавов 2,образующих вертикальные и горизонтальные участки разгружающих устройств,которые предварительно заполнены жидкостью. Каждый вертикальный участок гофрированных рукавов предварительно сжат и заключен в защитный корпус,состоящий из двух вертикально установленных швеллерных балок 3, связанных между собой мягкой проволокой 4. Швеллерные балки 3 установлены в лунки 5, выполненные в кровле и почве выработки на расстояние не менее 0,2 м от стенки опалубки со стороны,противоположной действию взрыва. Каждая горизонтальная ветвь гофрированного рукава на 3-4 м. выходит за опалубку и уложена на почву выработки со стороны предполагаемого действия взрыва и закреплена с ней. Диаметр горизонтальной ветви рукава превосходит диаметр вертикальной части не менее чем в 1,1 раза. Торцы гофрированного рукава, заполненного водой, герметично закрыты металлическими крышками 6, равнопрочно закрепленными к рукавам 2 при помощи зажимов 7 и фиксирующих тросов 8. Во внутрь рукавов 2 с водой в горизонтальной части устанавливаются резиновые емкости 9, заполненные раствором НРС-1 (отношение воды к массе НРС-1 составляло 30). В качестве эластичных емкостей использовались футбольные камеры, в которых размещался раствор НРС-1. В результате реакции гидратации происходит расширение водного раствора НРС-1 в герметичной емкости 9, через которую давление передается окружающей жидкости 2. Согласно закону Паскаля давление передается по всему объему воды во все стороны одинаково. После установки Г-образных рукавов в опалубку перемычки, последняя заполняется быстротвердеющим раствором (гипсом). Для осуществления нормального режима проветривания в опалубку перемычки устанавливается проемная труба 10 с лядой. Перемычка работает следующим образом. Из-за увеличения в объеме эластичных емкостей 9 с расширяющимся веществом НРС-1, в воде избыточное давление, которое способствует более эффективной работе разгружающих устройств 2 в монолитной перемычке, При возникновении взрыва ударная волна,набегая на перемычку,первоначально оказывает давление на горизонтальный участок заполненного водой гофрированного рукава 2, диаметр которого в 1,1 раза превышает диаметр вертикальной ветви и,согласно закону Паскаля, передает это давление вертикальному участку пропорционально отношению диаметра горизонтального участка к диаметру вертикального участка, который в свою очередь передает давление стенкам швеллерных балок 3, установленным в теле монолитной перемычки и тем самым создает дополнительный распор в конструкции перемычки, способствуя ее работе на сжатие. Длинагоризонтальной ветви рукава 2 определяется по формуле В /, (м) где С - скорость распространения нагрузки от ударной воздушной волны по воде, м/с (или скорость звука в воде) В - половина расстояния между вертикальными участками рукава, м- скорость распространения волны в теле перемычки, м/с. Расчеты показывают, что длина горизонтального участка ветви должна быть не менее 3 м. Диаметр горизонтального участка гофрированного рукава должна превосходить диаметр вертикального участка не менее чем в 1,1 раза. В результате взаимодействия ударной воздушной волны с перемычкой, наряду с основным изгибающим моментом возникает разгружающий момент, вызванный эксцентриситетом приложения нагрузки(м. фиг.5). Максимальный изгибающий момент в теле перемычки определяется из выражения где Мпл - момент, вызванный действующей на перемычку нагрузкой от ударной волны взрыва,КНм- усилия распора, включая усилие раствора НРС-1 и ударной волны взрыва, КН- момент вызванный приложенирем силыс эксцентриситетом , (м) (см. фиг.5), - внутренний диаметр горизонтальной ветви рукава, м в - внутренний диаметр вертикальной ветви рукава, м. Эксперименты, проведенные методом сравнения на моделях перемычек, показали, что использование предлагаемого технического решения в моделях монолитных перемычек позволяет при прочих одинаковых условиях проведения экспериментов снизить возникающее напряжение в теле перемычки от действия взрыва примерно на 25-30. При этом увеличивается площадь сжатой зоны в теле модели перемычки, что положительно влияет на прочность конструкции в целом. Это позволяет уменьшить 3 поперечные размеры новой сравнению с существующей материалоемкость. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Монолитная взрывоустойчивая перемычка,включающая заполненную быстротвердеющим раствором опалубку, состоящую из двух опорных щитов, установленных в горной выработке, кроме того, для повышения устойчивости перемычки за счет перераспределения напряжений в теле перемычки при воздействии на нее ударной волной взрыва, она снабжена не менее чем двумя,предварительно заполненными жидкостью, Гобразными герметичными гофрированными рукавами, имеющими горизонтально и вертикально расположенные участки, установленные между опорными щитами опалубки, при этом каждый вертикальный участок гофрированных рукавов снабжен защитным корпусом, состоящим из двух вертикально установленных швеллерных балок, а каждый горизонтальный участок уложен на почву выработки и пропущен через щит опалубки навстречу действию взрыва, отличающаяся тем,что во внутрь горизонтальных рукавов с водой вставлены эластичные емкости,которые изготовлены из тонкой резины в виде шаров,заполненные расширяющимся веществом и после их герметизации автономно размещены в объеме воды горизонтальных рукавов.