EA031612B1

EA031612B1 - Самозакрепляющаяся анкерная крепь

Info

Publication number: EA031612B1
Application number: EA201700176A
Authority: EA
Inventors: Антон Анатольевич Зубков; Анатолий Евгеньевич Зубков; Юлия Ильдаровна Жданова
Original assignee: Антон Анатольевич Зубков
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2019-01-31
Also published as: EA201700176A1

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении выработок трубчатыми анкерами фрикционного типа с использованием штатного оборудования для бурения шпуров. Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей за счет крепления выработок в породах с повышенной трещиноватостью. Усиленная самозакрепляющаяся анкерная крепь содержит опорную плиту 2, несущий стержень 1, замковую часть 7, кольцо 9, установленное между опорной плитой 2 и замковой частью 7 и соединенное с несущим стержнем сваркой, дополнительный стержень 10, сопряженный с несущим стержнем 1 и установленный в передней части 3. При этом дополнительный стержень 10 зафиксирован от осевого смещения по несущему стержню 1 сваркой или деформированными в поперечном направлении участками 14 и 15.

Description

Область техники

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении выработок трубчатыми анкерами фрикционного типа с использованием штатного оборудования для бурения шпуров.

Предшествующий уровень техники

Известен анкер, включающий пустотелый стержень с замком из продольно разрезанных стенок стержня и опорную плиту на выступающем конце. При этом стержень снабжен дополнительными замками, которые размещены вдоль него с интервалом друг от друга, при этом каждый последующий замок ориентирован в направлении выступающего конца стержня и выполнен с площадью разрезов меньше предыдущих (см. а.с. СССР № 968439, E21D 21/00).

Недостатком известного устройства является низкая надежность. Анкерная крепь фиксируется в скважине за счет того, что производится сжатие пустотелого стержня с последующей потерей устойчивости замков и их деформацией в продольном направлении. Однако при нагружении анкерной крепи слоем пород на участке, расположенном между первым замком от дна скважины и опорной плитой, происходит растяжение пустотелого стержня. Как следствие, замки, расположенные в пределах этого участка, раскрываются, давление на стенки скважины снижается, появляется возможность движения слоя пород в направлении опорной плиты. Подвижность породы ведет к снижению надежности работы анкерной крепи.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является анкерная крепь, содержащая опорную плиту, несущий стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, конической формой передней части и замковой частью в виде открытых пазов на заднем конце, кольцо, установленное между опорной плитой и замковой частью и соединенное со стержнем сваркой (см. ПМ РФ № 161881, E21D 21/00). При этом замки формируются вокруг кольца с возможностью их закрытия до окончания установки стержня.

Недостатком известного решения является ограниченные возможности, обусловленные невозможностью использования в породах с пониженными механическими характеристиками и/или в зонах, сопряженных с выработкой.

Зону горных пород, сопряженную с выработкой, отличает повышенная трещиноватость. Как результат это зона обладает меньшими механическими характеристиками и создает меньшую величину нормального давления на несущий стержень, установленный в шпур. При этом высота этой зоны является достаточно большой - от 0,7 до 1,5 м. На этой длине в таких породах несущая способность анкера снижается, что ведет к общей несущей способности.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширение функциональных возможностей за счет установки в породах, склонных с повышенной трещиноватости и/или обладающих пониженными механическими характеристиками вблизи выработки.

Раскрытие изобретения

Техническая задача решается тем, что в известной анкерной крепи, содержащей опорную плиту, несущий стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, конической формой переднего конца и замковой частью в виде открытых пазов на заднем конце, кольцо, установленное между опорной плитой и замковой частью и соединенное с несущим стержнем сваркой, внутри стержня размещен дополнительный полый цилиндр с продольной прорезью с возможностью сопряжения с несущим стержнем. Длина дополнительного стержня может быть меньше длины несущего стержня, при этом он может быть установлен в его передней части так, что их продольные пазы располагаются оппозитно. Кроме того, дополнительный стержень зафиксирован от осевого смещения по несущему стержню, например сваркой. Несущий и дополнительный полые цилиндры, могут содержать деформированные в поперечном направлении участки, совпадающие по положению.

Краткое описание фигур

Изобретение поясняется изображениями.

На фиг. 1 представлен вид, совмещенный с продольным разрезом анкерной крепи. На фиг. 2 представлен поперечный разрез анкерной крепи. На фиг. 3 - вариант выполнения анкерной крепи в соответствии с п.6. На фиг. 4 представлен поперечный разрез анкерной крепи, выполненный в соответствии с п.7.

Вариант осуществления изобретения

Усиленная самозакрепляющаяся анкерная крепь содержит несущий стержень 1, выполненный в виде полого цилиндра, опорную плиту 2 (фиг. 1). Конец передней части 3 несущего стержня 1 выполнена в виде усеченного конуса 4. По всей длине несущего стержня 1 выполнена продольная прорезь 5. На заднем конце 6 несущего стержня 1 выполнена замковая часть 7 в виде открытых пазов 8. Между замковой частью 7 и опорной плитой 2 установлено кольцо 9, соединенное с несущим стержнем 1 сваркой. В процессе установки из замковой части 7 формируются замки вокруг кольца 9. При этом их закрытие реализуется до окончания установки несущего стержня 1.

В передней части 3 установлен дополнительный стержень 10, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью 11. Внешний диаметр дополнительного стержня 10 совпадает с внутренним диаметром несущего стержня 1.

- 1 031612

Длина дополнительного стержня 10 выполнена меньше несущего стержня 1. При этом длина выбирается исходя из условия расположения в пределах зоны устойчивой части массива.

Продольные прорези 5 и 11 располагаются оппозитно (фиг. 2).

Дополнительный стержень 10 фиксируется относительно несущего стержня 1 в осевом направлении за счет сопряжения по поверхности 12. Внешний диаметр дополнительного стержня 10 в исходном положении совпадает с внутренним диаметром несущего стержня 1. При установке анкера в шпур на поверхности сопряжения 12 создается сила трения, препятствующая смещению в осевом направлении дополнительного стержня 10.

Дополнительный стержень 10 может быть зафиксирован относительно несущего стержня 1 от смещения в осевом направлении сварным швом 13 (фиг. 3). Шов 13 выполняется по одному краю продольной прорези 5.

Вариантом осевой фиксации является реализация п. 7 предлагаемого технического решения. При этом передняя часть 3 имеет участок 14 с поперечной деформацией (фиг. 4). В той же зоне на дополнительном стержне 10 выполнен участок с поперечной деформацией 15. Участки 14 и 15 совпадают по своему положению.

Функционирование усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи.

При установке усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи конец передней части 3 (в виде усеченного конуса 4) направляется в шпур и вводится за счет возвратно-ударного действия перфоратора. Внешний диаметр несущего стержня 1 меньше диаметра шпура. При вводе усиленной самозакрепляющаяся анкерной крепи в шпур происходит уменьшение диаметра несущего стержня 1 и его упругая деформация в поперечном направлении. Это становится возможным благодаря продольной прорези 5, ширина которой после введения в шпур уменьшается. Одновременно происходит деформация в поперечном направлении и дополнительного стержня 10. Это обеспечивается за счет того, что в исходном состоянии имеет место сопряжение стержней по поверхности 12. Как следствие, уменьшение внешнего диаметра несущего стержня 1 ведет к уменьшению диаметра дополнительного стержня 10 и его упругой деформации.

Таким образом, с начального момента установки усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи в шпур происходит обжатие несущим стержнем 1 дополнительного стержня 10. Это обеспечивает создание на сопряженной поверхности 12 распределенного давления со стороны упругодеформированного несущего стержня 1 на дополнительный стержень 10. Благодаря этому происходит упругая деформация дополнительного стержня 10, создание на поверхности 12 силы трения F_1>10. Наличие силы трения F_1>10препятствует осевому смещению дополнительного стержня 10 по несущему стержню 1 и обеспечивает установку несущего стержня 1 в шпур с сохранением исходного положения дополнительного стержня 10 в передней части 3.

При использовании перфоратора с большей частотой ударов возрастает ускорение движения несущего стержня 1 по шпуру. Увеличивается сила инерции, действующая на дополнительный стержень 10. Исключение возможного осевого смещения стержня 10 обеспечивается в первом варианте за счет выполнения сварного шва 13.

При этом благодаря тому, что сварной шов 13 выполняется только по одной стороне паза 5, сохраняется возможность упругой деформации с уменьшением исходного диаметра у несущего стержня 1 и дополнительного стержня 10.

Фиксация дополнительного стержня 10 относительно несущего стержня 1 выполнением сварного шва 13 исключает осевую подвижность при установке анкерной крепи перфоратором с повышенной частотой ударов. Обеспечивается надежность регламентной установки усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи в шпур с сохранением положения дополнительного стержня в передней части 3 несущего стержня 1.

Возможным вариантом осевой фиксации положения дополнительного стержня 10 при установке анкера с использованием перфоратора, работающего с повышенной частотой ударов, является выполнение на стержнях деформированных участков: несущем 1 - участка 14, дополнительном 10 - участка 15. Благодаря их совпадающему положению исключается осевое смещение дополнительного стержня 10 по несущему стержню 1.

Оппозитное расположение продольных пазов 5 и 11 обеспечивает равномерную в поперечном сечении стержней 1 и 10 деформацию в силу симметричной схемы нагружения. Как результат на внешней поверхности несущего стержня 1 удельное давление на шпур распределяется равномерно. Исключается локальное увеличение удельной нагрузки, и как следствие, местное разрушение стенки шпура.

После завершения процесса установки усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи передняя часть 3 находится в зоне пород, обладающих более высокими механическими характеристиками. При этом в переднем конце 3 располагается дополнительный стержень 10, обеспечивая ему повышенную жесткость и большую величину удельного давления на стенки шпура, чем на остальной части несущего стержня 1. Как следствие, возрастает величина силы трения на поверхности передней части 3 - стенка шпура и величина несущей способности усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи. Большая жесткость передней части 3 достигается за счет изначального сопряжения стержней по поверхности 12 и

- 2 031612 сохранения исходного расположения в процессе установки анкерной крепи в шпур.

Увеличение несущей способности усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи за счет большей величины составляющей на передней части 3 позволяет реализовать эффект подвешивания более слабой зоны пород горной выработки. При этом в зоне расположенной у поверхности выработки удельное давление со стороны несущего стержня 1 на стенки шпура меньше. Как следствие, снижается вероятность разрушения стенок шпура по исходным трещиноватостям. Это обусловлено отсутствием на этом участке дополнительного стержня 10 из-за его меньшей длины по сравнению с несущим стержнем 1.

Таким образом, меньшая длина дополнительного стержня 10 обеспечивает сохранность стенок шпура и снижает риск вывалов породы и обеспечивает функционирование усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи в слабых и трещиноватых породах. При этом расположение дополнительного стержня 10 в передней части 3 увеличивает несущую способность стержня 1.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Самозакрепляющаяся анкерная крепь, содержащая опорную плиту, несущий стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, с концом передней части конической формы, замковой частью в виде открытых пазов на заднем конце, кольцо, установленное между опорной плитой и замковой частью и соединенное с несущим стержнем сваркой, отличающаяся тем, что внутри несущего стержня в передней его части размещен дополнительный стержень меньшей длины, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью с возможностью сопряжения с несущим стержнем, фиксированным от осевого смещения по несущему стержню сваркой.
2. Самозакрепляющаяся анкерная крепь по п.1, отличающаяся тем, что продольные прорези несущего и дополнительного стержней выполнены оппозитно.

А -А

5 , 3