PL227821B1

PL227821B1 - Flexible mining anchor

Info

Publication number: PL227821B1
Application number: PL411091A
Authority: PL
Inventors: Wiesław Grzebyk; Lech Stolecki
Original assignee: Kghm Cuprum Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Centrum Badawczo Rozwojowe; Kghm Cuprum Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością Centrum Badawczo Rozwojowe
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2018-01-31
Also published as: PL411091A1

Abstract

Zgłoszenie dotyczy kotwy górniczej podatnej, przeznaczonej do stosowania w wyrobiskach górniczych do spinania warstw górotworu, zwłaszcza w rejonach zagrożonych sejsmicznie. Kotew górnicza podatna charakteryzuje się tym, że żerdź (1), w postaci pręta, ma na powierzchni szereg równomiernie rozmieszczonych występów (2) w postaci garbów, mających kształt wydłużonego ostrza zwężającego się ku krawędzi zewnętrznej oraz zaopatrzona jest w zespół mocujący, osadzony na wystającej z górotworu (6), nagwintowanej końcówce, obejmujący elastyczną podkładkę podatną (3), podkładkę sztywną (4) oraz nakrętkę (5). Inna odmiana zgłoszenia dotyczy kotwy ekspansywnej charakteryzującej się tym, że występy w postaci garbów w kształcie wydłużonego ostrza zwężającego się ku jego zewnętrznej krawędzi, usytuowane są skośnie na głowicy kotwy, rozpieranej przy pomocy rozpieraka, usytuowanego na wewnętrznym końcu żerdzi.The application concerns a flexible mining anchor, intended for use in mining excavations to fasten layers of rock mass, especially in seismically hazardous areas. The flexible mining anchor is characterized by the fact that the rod (1), in the form of a rod, has a number of evenly spaced protrusions (2) on the surface in the form of humps, having the shape of an elongated blade tapering towards the outer edge, and is equipped with a fastening unit mounted on a protruding from the rock mass (6), threaded end, including a flexible flexible washer (3), a rigid washer (4) and a nut (5). Another variant of the application concerns an expansive anchor characterized by the fact that protrusions in the form of humps in the shape of an elongated blade narrowing towards its outer edge are located obliquely on the anchor head, expanded by means of a spreader located at the inner end of the rod.

Description

Przedmiotem wynalazku jest kotew górnicza podatna, przeznaczona do stosowania w wyrobiskach górniczych do spinania warstw górotworu, zwłaszcza w rejonach zagrożonych sejsmicznie.The subject of the invention is a flexible mining bolt, intended for use in mining excavations for fastening rock mass layers, especially in seismically endangered areas.

Powszechnie stosowanym w świecie sposobem wzmacniania masywu skalnego, w tym zabezpieczania wyrobisk w nim wykonywanych, jest obudowa kotwiowa. W górnictwie podziemnym, kotwiom za pomocą których spina się warstwy stropowe, leżące bezpośrednio nad wyrobiskiem górniczym z wewnętrznymi warstwami górotworu, stawiane są szczególne wymagania w zakresie przeciwdziałania odkształceniom i zdolności przenoszenia dużych obciążeń, zwłaszcza dynamicznych. Znanych jest wiele rodzajów kotwi, przeznaczonych do utrzymania spoistości górotworu, wśród nich są kotwie prętowe, rurowe czy linowe wyposażone w elementy rozpierające jak również przystosowanych do wklejania z użyciem substancji wiążących. Kotew górnicza opisana w patencie PL 183999 zawiera żerdź w postaci stalowego pręta, zaopatrzonego na zewnętrznym końcu w nakrętkę i podkładkę z blachy stalowej. Nakrętka zaopatrzona w trzpień, na którym osadzona jest podkładka jest nakręcona na gwintowaną końcówkę zewnętrznego końca żerdzi kotwi. Kotew górnicza, znana z innego polskiego patentu PL 191288, przystosowana do przenoszenia obciążeń dynamicznych, charakteryzuje się tym, że cięgno od strony dna otworu kotwiowego posiada element oporowy oraz przesuwnie osadzoną otulinę, przylegającą jednym końcem do tulei elastycznej, a drugim końcem do podkładki nośnej, przy czym przestrzeń otworu kotwiącego między elastyczną tuleją a podkładką nośną wypełniona jest spoiwem utwardzalnym. Kotew spoinowa strunowa o zwiększonej sile wzmacniającej pakiet skał kotwionych, znana z opisu wzoru użytkowego PL 62989, zawiera podkładkę elastyczną umieszczoną pomiędzy powierzchnią skały a podkładką sztywną.An anchor casing is a commonly used method in the world to strengthen the rock mass, including the protection of excavations made in it. In underground mining, special requirements are imposed on the bolts with which the roof layers lying directly above the mining excavation are fastened to the internal layers of the rock mass in terms of preventing deformation and the ability to transfer heavy loads, especially dynamic loads. There are many types of bolts designed to maintain the cohesiveness of the rock mass, among them bar, tubular or rope bolts equipped with expanding elements as well as adapted for gluing with the use of binding substances. The mining bolt described in patent PL 183999 comprises a rod in the form of a steel rod, provided on its outer end with a nut and a steel plate washer. A nut provided with a pin on which a washer is mounted is screwed onto the threaded end of the outer end of the bolt rod. The mining bolt, known from another Polish patent PL 191288, adapted to transfer dynamic loads, is characterized by the fact that the tendon on the bottom side of the bolt hole has a stop element and a slidably mounted cover, adhering with one end to the flexible sleeve and the other end to the support washer, the space of the anchoring hole between the flexible sleeve and the support washer is filled with a hardenable binder. A joint string bolt with increased strength strengthening the bundle of anchored rocks, known from the description of utility model PL 62989, comprises an elastic washer placed between the rock surface and a rigid washer.

Znane są różnego rodzaju kotwie podatne, stanowiące element obudowy górniczej, które pracują na zasadzie podwójnego klina, klina i szczeliny, tulei rozprężnej względnie tulei klinowej i których zaciskająca się część na ścianie otworu wyposażona jest w występy w kształcie zębów piły celem zwiększenia przyczepności.Various types of flexible bolts are known, which are part of the mining housing, which work on the principle of a double wedge, wedge and slot, expanding sleeve or wedge sleeve, and whose clamping part on the wall of the hole is provided with sawtooth projections in order to increase adhesion.

Znane kotwie podatne, prętowe albo liniowe umieszczane są w rurze wklejanej do górotworu i zaopatrzone są w oporowy element, który przeciągany jest przez rurę podczas tąpnięcia górotworu, zapewniając nośność i cechy kotwi podatnej, tak jak w podatnej kotwie przedstawionej w patencie US 5882148, która zawiera żerdź w rurze wklejanej do górotworu oraz oporowy element w formie stożka. Podczas tąpnięcia stożek jest przeciągany przez rurę, co zapewnia częściowy wysuw żerdzi i eliminuje możliwość zerwania kotwi. Wklejane kotwie stalowe mają najczęściej pręty zakończone z jednej strony naciętym gwintem, a z drugiej ścięciem wykonanym prostopadle lub ukośnie do osi pręta, bądź też rozcięciem umożliwiającym odgięcie rozciętych końców w przeciwnych kierunkach. Sam pręt kotwi jest gładki lub zaopatrzony w obwodowe występy w kształcie jodełki, albo nawiniętej i przyspawanej spirali z drutu stalowego.Known flexible, rod or linear anchors are placed in a pipe glued to the rock mass and provided with a stop element that is pulled through the pipe during rock collapse, providing the load-bearing capacity and characteristics of a flexible anchor, as in the flexible anchor presented in US patent 5882148, which includes a rod in a pipe glued to the rock mass and a cone-shaped retaining element. During the collapse, the cone is pulled through the pipe, which ensures a partial extension of the rod and eliminates the possibility of breaking the bolt. The glued-in steel bolts most often have bars ended on one side with a thread cut, and on the other side with a cut perpendicular or oblique to the bar axis, or with a cut that allows the cut ends to be bent in opposite directions. The bolt rod itself is smooth or provided with circumferential projections in the shape of a herringbone or a wound and welded steel wire helix.

Znane są kotwie górnicze przystosowane do przenoszenia obciążeń dynamicznych górotworu, w których na żerdzi osadzone są elastyczne tuleje rozpierane w otworze kotwiowym, a koniec żerdzi poprzez nakrętkę i podkładkę podtrzymuje strop. Z niemieckiego patentu DE 35 04 543 znana jest kotew do wprowadzania i wklejania w otwory wywiercone w podpowierzchniowych wnękach, która ma pręt kotwiowy z sekcjami mającymi profilowaną powierzchnię do połączenia ze skałą i jednostronną gwintowaną część z nakrętką nierozdzielną albo przyspawaną do samego pręta. Pręt kotwiowy ma stałą płytę kotwiową rozdzielającą część z gwintem zewnętrznym i część umieszczaną wewnątrz wywierconego otworu, częściowo profilowaną. Znana jest ekspansywna kotew górnicza składająca się z żerdzi kotwy w postaci pręta stalowego, oraz płaskiej podkładki z blachy stalowej. Przy czym jeden koniec żerdzi zaopatrzony jest w głowicę rozprężną drugi zaś zakończony jest łbem kształtowym.There are known mining bolts adapted to transfer dynamic loads of the rock mass, in which elastic sleeves are mounted on the rods, supported in the bolt hole, and the end of the rod supports the ceiling through the nut and washer. German patent DE 35 04 543 discloses an anchor for insertion and gluing into holes drilled in subsurface recesses, which has an anchor rod with sections having a profiled surface for connection to the rock and a threaded part on one side with a nut that is integral or welded to the rod itself. The anchor rod has a fixed anchor plate separating the male threaded portion and the partially profiled portion inside the drilled hole. An expansive mining anchor is known, consisting of a steel rod-shaped anchor rod and a flat steel plate washer. One end of the rod is equipped with an expansion head, the other end with a shaped head.

Kotew podatna do zabezpieczania wyrobisk górniczych zagrożonych tąpaniami, znana z polskiego patentu PL 201380, ma żerdź z oporowym elementem umieszczoną w rurze wklejanej do górotworu, która ma stożkowo-walcowy oporowy element ze zrywowym bezpiecznikiem, zakończonym głowicą zamykającą rurę. Kotew ta, po wklejeniu rury do górotworu, pracuje jak kotew sztywna. Tąpnięcie powoduje przekroczenie wytrzymałości zrywowego bezpiecznika i kotew uzyskuje cechy kotwi podatnej.An anchor susceptible to securing mining excavations at risk of rock bursts, known from the Polish patent PL 201380, has a rod with a resistance element placed in a pipe glued to the rock mass, which has a conical-cylindrical abutment element with a breakaway safety device, ending with a head closing the pipe. This anchor, after gluing the pipe to the rock mass, works as a rigid anchor. The crash causes the breakaway strength of the safety device to be exceeded and the anchors acquire the features of a flexible bolt.

Kotew opisana w dokumencie CN24555935, zawiera pręt stalowy, na którego powierzchni są równomiernie rozmieszczone żebra tworząc kąt z linią osi pręta. Żebra służą do kotwiczenia, a ich kształt charakteryzuje się tym, że środkowa ich część jest szeroka i zmniejsza się stopniowo w kierunku obu końców w formie łuku.The bolt described in CN24555935 comprises a steel bar on the surface of which ribs are evenly spaced forming an angle with the bar axis line. The ribs are used for anchoring and their shape is characterized by the fact that their central part is wide and gradually decreases towards both ends in the form of an arch.

PL 227 821 B1PL 227 821 B1

Kotew znana ze zgłoszenia wzoru użytkowego CN 202768034, charakteryzuje się tym, że ma na żerdzi równomierne karby mające kształt skośnych, przerywanych żeber z płaską powierzchnią zewnętrzną, spełniające funkcję zwiększania wytrzymałości kotwi i bezpieczeństwa. Kotew według opisu US 4649729 składa się z naprzemianległych, gładkich i garbowanych odcinków w kształcie litery „x”, których celem jest zmieszanie składników spoiwa i jego stabilizacja w otworze. Efekt upodatnienia kotwi uzyskuje się poprzez wydłużenie żerdzi. Kotew znana z dokumentu CN 2396182 ma głowicę wyposażoną w garby mające kształt skośnych, płaskich, przerywanych żeber, których rolą jest sztywne unieruchomienie końca kotwi w otworze.The bolt known from the utility model application CN 202768034, is characterized by having uniform notches on the rod having the shape of oblique, interrupted ribs with a flat outer surface, which fulfill the function of increasing the strength of the bolt and safety. The bolt according to US 4,649,729 consists of alternating "x" -shaped, smooth and tanned sections, the purpose of which is to mix the components of the binder and to stabilize it in the bore. The effect of inflating the bolt is achieved by lengthening the rod. The bolt known from CN 2396182 has a head provided with humps in the shape of oblique, flat, interrupted ribs, the role of which is to rigidly fix the end of the bolt in the hole.

Iniekcyjna kotew prętowo-rurowa według patentu PL 212363, zawiera rurę mającą w swoim płaszczu co najmniej jeden przelotowy otwór i usytuowany wewnątrz rury pręt oraz umiejscowione pomiędzy nimi dystansowe elementy wyposażone w przelotowe otwory. Kotew jest zakończona z jednej strony zespołem mocującym i wyposażona jest w element uszczelniający z kilkoma zespołami garbów, które służą do uszczelniania. Kotew charakteryzuje się tym, że pomiędzy współpracującym z rurą mocującym elementem dociskającym do górotworu pierścieniową podkładkę, a mocowaną na pręcie ustalającą podkładką, dociskaną współpracującym z prętem mocującym elementem, ma elastyczny element tłumiący.The injection rod-and-tube anchor according to the patent PL 212363 comprises a tube having in its shell at least one through-hole and a rod located inside the tube and spacing elements provided with through-holes arranged therebetween. The anchor ends on one side with a fixing assembly and is provided with a sealing element with several sets of humps for sealing purposes. The anchor is characterized by the fact that an elastic damping element has an elastic damping element between the ring washer and the washer fixed on the fixing bar and pressed against the fixing bar by the element pressing against the rock mass.

Kotew górnicza podatna według wynalazku zawiera żerdź w postaci pręta na powierzchni którego znajduje się szereg równomiernie rozmieszczonych garbów w kształcie wydłużonego ostrza zwężającego się ku krawędzi zewnętrznej, usytuowanych obwodowo, skośnie wzdłuż całej powierzchni żerdzi. Ponadto podkładka podatna zespołu mocującego kotwi, osadzonego na wystającej z górotworu, nagwintowanej końcówce żerdzi, usytuowana jest pomiędzy powierzchnią skały, a podkładką sztywną, dociskaną nakrętką. Korzystnie podatna podkładka, pełniąca w kotwi rolę tłumika drgań sprężystych, ma powierzchnię nieznacznie większą od powierzchni podkładki sztywnej.The flexible mining bolt according to the invention comprises a rod-shaped rod on the surface of which there is a series of uniformly spaced barbs in the shape of an elongated blade tapering towards the outer edge, located circumferentially, obliquely along the entire surface of the rod. Moreover, the flexible washer of the anchor assembly, mounted on the threaded end of the rod protruding from the rock mass, is located between the rock surface and the rigid washer, pressed with a nut. Preferably, the flexible washer, acting as an elastic vibration damper in the bolt, has a surface that is slightly larger than that of the rigid washer.

Odmiana wynalazku dotyczy kotwi ekspansywnej, zawierającej żerdź w postaci pręta osadzaną i mocowaną w przynależnym otworze kotwiowym charakteryzującej się tym, że występy w postaci garbów w kształcie wydłużonego ostrza zwężającego się ku jego zewnętrznej krawędzi, usytuowane są skośnie na całej powierzchni głowicy kotwy, rozpieranej przy pomocy rozpieraka, usytuowanego na wewnętrznym końcu żerdzi. Kotew zaopatrzona jest w zespół mocujący, osadzony na wystającej z górotworu, nagwintowanej końcówce żerdzi, w którym podkładka podatna, usytuowana jest pomiędzy powierzchnią skały, a podkładką sztywną, dociskaną nakrętką.A variant of the invention relates to an expansive bolt comprising a rod-shaped rod embedded and fixed in the associated bolt hole, characterized in that the projections in the form of barbs in the shape of an elongated blade tapering towards its outer edge, are disposed obliquely over the entire surface of the bolt head, expanding by means of a spreader located on the inner end of the rod. The bolt is provided with a fastening assembly, mounted on the threaded end of a rod protruding from the rock mass, in which a flexible washer is located between the rock surface and a rigid washer, pressed with a nut.

Podatna podkładka w kotwie zapobiega bezpośredniemu kontaktowi podkładki sztywnej ze stropem wyrobiska, co stwarza większą możliwość zmiany jej położenia, przy nieznacznym tylko wzroście oporu ze strony końcówki żerdzi zakończonej nakrętką.The flexible washer in the anchor prevents direct contact of the rigid washer with the roof of the excavation, which creates a greater possibility of changing its position, with only a slight increase in resistance from the end of the rod ended with a nut.

Kotew górnicza, będąca przedmiotem wynalazku nadaje się do mocowania na powierzchni górotworu elementów powierzchniowych, liniowych i punktowych zabezpieczających przed odpadaniem fragmentów górotworu, a także do podwieszania różnego rodzaju instalacji i wyposażenia.The mining bolt, which is the subject of the invention, is suitable for fixing surface, line and point elements on the surface of the rock mass to prevent rock fragments from falling off, as well as for suspending various types of installations and equipment.

Zasadniczą zaletą kotwi według wynalazku jest to, że dzięki zgodnej z wynalazkiem postaci garbów i ich rozmieszczeniu na żerdzi lub głowicy kotwi, w niewielkim tylko stopniu dochod zi do obniżenia jej parametrów wytrzymałościowych, przy zachowaniu skutecznego wzmocnienia górotworu.The main advantage of the bolt according to the invention is that, thanks to the form of the barbs according to the invention and their arrangement on the bolt rod or bolt head, only a slight reduction of its strength parameters can be gained from / to the effective reinforcement of the rock mass.

Wzrost obciążenia na kotew, powoduje jej pionowe przemieszczenie w wyniku ruchu o charakterze śrubowym, przy ograniczonym odkształceniu samej kotwi. Dodatkowe zabezpieczenie kotwi garbowanej przed jej uszkodzeniem, szczególnie w przypadku oddziaływań o charakterze dynamicznym, stanowi elastyczna podatna podkładka pełniąca między innymi rolę tłumika drgań sprężystych. Podkładka ta, o powierzchni nieznacznie większej od powierzchni podkładki sztywnej zapobiega także bezpośredniemu kontaktowi podkładki sztywnej z powierzchnią skały.An increase in the load on the bolt causes its vertical displacement as a result of a helical movement with a limited deformation of the bolt itself. Additional protection of the tanned bolt against its damage, especially in the case of dynamic actions, is provided by a flexible, flexible washer which, among other things, acts as an elastic vibration damper. This shim, with an area slightly larger than that of the rigid washer, also prevents direct contact of the hard washer with the rock surface.

Zaletą rozwiązania, według wynalazku, oprócz zadowalającego efektu kotwienia jest uzyskanie kotwi ze wszystkimi zaletami jej upodatnienia, przy ograniczonej do minimum zmianie dotychczasowej technologii kotwienia. Kolejną zaletą kotwi według wynalazku jest prosta i tania technologia jej wykonania, oraz fakt, że można ją otrzymać z dotychczas stosowanych kotew, poprzez wprowadzenie niewielkich zmian technologicznych w ich produkcji. Natomiast w przypadku podkładek podatnych, do ich wykonania można zastosować zużyte taśmy przenośnikowe stanowiące odpady w zakładach górniczych.The advantage of the solution according to the invention, in addition to a satisfactory anchoring effect, is obtaining a bolt with all the advantages of its modulation, with a minimized change of the existing anchoring technology. Another advantage of the bolt according to the invention is the simple and cheap technology of its production and the fact that it can be obtained from the bolts used so far by introducing slight technological changes in their production. However, in the case of flexible washers, used conveyor belts constituting waste in mining plants can be used for their production.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania i na rysunku, na którym Fig. 1 uwidacznia wariant kotwi wklejanej, z garbami usytuowanymi skośnie w ujęciu schematycznym, a Fig. 2 uwidacznia odmianę kotwi ekspansywnej w ujęciu schematycznym.The subject matter of the invention is illustrated in the exemplary embodiments and in the drawing, in which Fig. 1 shows a variant of the bonded bolt with oblique barbs in a schematic view, and Fig. 2 shows a variant of the expansion bolt in a schematic view.

PL 227 821 B1PL 227 821 B1

P r z y k ł a d IP r z k ł a d I

Kotew górnicza podatna wklejana w przykładowym wykonaniu pokazanym na fig. 1 składa się z żerdzi kotwi 1, w postaci pręta zawierającego szereg występów 2, w postaci garbów w kształcie wydłużonego ostrza zwężającego się ku krawędzi zewnętrznej, usytuowanych obwodowo, skośnie na całej długości żerdzi 1. Żerdź 1 wyposażona jest w zespół mocujący, osadzony na wystającej z górotworu 6, nagwintowanej końcówce żerdzi, obejmujący elastyczną podkładkę podatną 3, pełniącą w kotwie rolę tłumika drgań sprężystych, usytuowaną pomiędzy powierzchnią skały, a podkładką sztywną 4 dociskaną nakrętką 5.The bonded mining flexible bolt in the exemplary embodiment shown in Fig. 1 consists of a bolt rod 1, in the form of a bar with a series of projections 2, in the form of barbs in the form of an elongated blade tapering towards the outer edge, located circumferentially, obliquely along the entire length of the rod 1. The rod 1 is equipped with a fastening set, mounted on the threaded end of the rod protruding from the rock mass 6, including a flexible flexible washer 3, acting as an elastic vibration damper in the anchor, located between the rock surface and a rigid washer 4 pressed by a nut 5.

P r z y k ł a d IlP r z k ł a d No.

Kotew górnicza podatna ekspansywna w przykładowym wykonaniu pokazanym na fig. 2 składa się z żerdzi kotwi 1, w postaci pręta oraz głowicy 7, zawierającej szereg występów 2, w postaci garbów w kształcie wydłużonego ostrza zwężającego się ku krawędzi zewnętrznej, usytuowanych skośnie na całej powierzchni głowicy 7. Ponadto wewnętrzna końcówka żerdzi zakończona jest rozpierakiem 8 głowicę kotwi 7. Wystająca z górotworu 6, nagwintowana końcówka żerdzi 1 wyposażona jest w zespól mocując osadzony na wystającej z górotworu 6, nagwintowanej końcówce żerdzi, obejmujący elastyczną podkładkę podatną 3, pełniącą w kotwie role tłumika drgań sprężystych, usytuowaną pomiędzy powierzchnią skały, a podkładką sztywną 4 dociskaną nakrętką 5.A mining flexible expansion bolt in the exemplary embodiment shown in Fig. 2 consists of a rod-shaped bolt 1 and a head 7, containing a series of projections 2 in the form of an elongated blade-shaped hump tapering towards the outer edge, sloping over the entire surface of the head. 7. Moreover, the inner end of the rod ends with a spreader 8 the head of the anchor 7. The threaded end of the rod 1 protruding from the rock mass 6 is equipped with a mounting assembly mounted on the threaded end of the rod protruding from the rock mass 6, including a flexible flexible washer 3, acting as a damper in the anchor elastic vibrations, located between the rock surface and the rigid washer 4 pressed by the nut 5.

Claims

1. Mining flexible bolt, equipped with a rod in the form of a bar, embedded and fixed in the corresponding anchor hole, provided at the outer end with a fastening assembly, including a flexible flexible washer, placed between the rock surface and a rigid washer, pressed with a nut, characterized by the fact that the rod ( 1) has on its surface a series of evenly spaced humps (2), obliquely positioned circumferentially over the entire surface of the rod (I), having the shape of an elongated blade tapering towards the outer edge.

2. Mining flexible bolt, equipped with a rod in the form of a bar, embedded and fastened in the corresponding anchor hole, provided with a fastening device at the outer end, including a flexible flexible washer, placed between the rock surface and a rigid washer, pressed with a nut, characterized in that it has a head (7), on the surface of which there are barbs (2) in the shape of an elongated blade, tapering towards the outer edge, slanting along the entire surface of the head. (7), spread with a spreader (8), located at the inner end of the rod (1).