PL242791B1 - Kotew podatna - Google Patents

Abstract

Kotew podatna, przeznaczona do spinania warstw skalnych, zwłaszcza warstw podatnych, górotworu w stropie, ociosach lub spągu podziemnych wyrobisk górniczych, składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej (1) - ze stali o ciągliwości wynoszącej 18%, końcówki wewnętrznej (2) - umieszczonej na jednym końcu pręta środkowego oraz końcówki zewnętrznej (3) - umieszczonej na drugim jego końcu. Obie końcówki (2 i 3) wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Końcówka wewnętrzna (2) ma postać głowicy - w postaci rozbieżnego stożka. Na głowicy pokazane są, współpracujące z nią szczęki rozprężne (4) przeznaczone do ciernego osadzenia jej w skale górotworu. Końcówka zewnętrzna (3) ma postać walca zawierającego nagwintowaną końcówkę (5). Na końcówce zewnętrznej (3) pokazana jest podkładka (6) i nakrętka podtrzymująca (7). Końcówka wewnętrzna (2) i końcówka zewnętrzna (3) połączone są z prętem środkowym (1) w procesie zgrzewania na powierzchniach (8 i 9) przy czym powierzchnie elementów łączonych przylegają czołowo do siebie.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kotew podatna przeznaczona do spinania warstw skalnych, zwłaszcza warstw podatnych, górotworu w stropie, ociosach lub spągu podziemnych wyrobisk górniczych.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 145386 kotew górnicza składa się z rury oraz pręta kotwi. Jeden koniec rury zakończony jest gwintem zewnętrznym - przeznaczonym do osadzania nakrętki podtrzymującej podkładkę, a drugi - wewnątrz rury - zakończony jest nierozłącznie osadzonym ciągadłem. Ciągadło zawiera oczko ciągarskie, z odcinkiem w kształcie stożkowym, przechodzącym w powierzchnię walcową i ewentualnie przeciwległy stożek lub w część walcową o większej średnicy. Pręt kotwi zawiera odcinek roboczy i odcinek pocieniony. Odcinek roboczy pręta kotwi umieszczony jest wewnątrz rury poniżej ciągadła - jego czołowa część opiera się o stożkową powierzchnię ciągadła, zaś odcinek pocieniony kotwi przewleczony jest przez oczko ciągadła. Wolny koniec odcinka roboczego zawiera kształtową końcówkę o przekroju kwadratowym, zaś wolny koniec odcinka pocienionego, korzystnie, zakończony jest gwintem umożliwiającym, poprzez głowicę rozprężną, osadzenie kotwi w skale stałej górotworu. Kotew osadzona, znanym sposobem, w górotworze ulega obciążeniu roboczemu w wyniku konwergencji górotworu. Odcinek roboczy pręta kotwi, po przekroczeniu obciążeń górotworu, na które obliczona jest kotew, przemieszcza się względem ciągadła umieszczonego w rurze, ulega odkształceniu plastycznemu, wydłuża się w procesie ciągnienia. W zależności od dopuszczonych deformacji górotworu długość odcinka roboczego dobiera się tak, aby zapewnić kontrolowane jego wydłużenie odpowiadające założonej podatności obudowy kotwiowej zgodnie z warunkami prowadzenia wyrobiska. Stała podporność robocza kotwi zależy od własności wytrzymałościowych, średnic odcinków roboczego i pocienionego pręta, cech geometrycznych i materiałowych ciągadła oraz od wymiarów i własności wytrzymałościowych rury.

Znana jest również, z patentu GB 2 141 804 (A), żerdź górniczej kotwi podatnej, która zawiera część środkowa i dwie końcówki: zewnętrzna i wewnętrzna połączone z częścią środkowa nierozłącznie i i Ł i i i I i ii ii za pomocą spawania. Część środkowa wykonana jest z plastycznej nierdzewnej stali austenitycznej o wysokiej ciągliwości, a co najmniej jedna z końcówek wykonana jest z normalnego materiału stalowego. Końcówka wewnętrzna przystosowane jest do osadzania, znanym sposobem, żerdzi kotwi wewnątrz otworu wiertniczego - przy jego dnie, zaś końcówka zewnętrzna - wystająca z otworu wiertniczego - jest gwintowana, co przy użyciu podkładki kotwiowej i nakrętki, umożliwia w trakcie procesu kotwienia wykonanie odpowiedniego wstępnego napięcia żerdzi kotwi. Przez odpowiedni dobór długości końcówek ustala się, w zależności od potrzeb położenie części środkowej żerdzi - dokładnie na środku żerdzi kotwi, albo w pobliżu ujścia lub dna otworu wiertniczego.

Celem wynalazku jest skonstruowanie kotwy podatnej jednoelementowej, dwuelementowej albo wieloelementowej przeznaczonej do osadzania w długich otworach kotwiowych - o długości większej od wysokości wyrobiska, która będzie przenosić szeroki zakres obciążeń zarówno statycznych, jak i dynamicznych, przy zastosowaniu minimalnej ilości elementów składowych w stosunku do znanych rozwiązań. Ponadto oczekuje się by kotwy były: łatwo dostosowywalne do określonych wymagań, łatwe w użyciu i niedrogie w produkcji.

Kotew podatna według wynalazku składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej, końcówki wewnętrznej umieszczonej na jednym końcu części środkowej oraz z końcówki zewnętrznej umieszczonej na drugim jej końcu. Część środkowa, stanowi część podatną kotwi, wykonana jest z materiału o ciągliwości wynoszącej minimum 18%, korzystnie jako materiał stosuje się stal o wysokiej ciągliwości przekraczającej 18%. Obie końcówki stanowią części sztywne kotwi - wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Końcówki: wewnętrzna i zewnętrzna połączone są nierozłącznie z częścią środkową. Korzystnie, elementy łączone są ze sobą w procesie zgrzewania. Końcówka wewnętrzna kotwi według wynalazku ma znaną postać przystosowaną do powiązania jej ze skałą w otworze poprzez: głowicę kotwi - stanowiącą konstrukcję mechaniczną umożliwiającą cierne utwierdzenie kotwi w górotworze, albo poprzez ładunek klejowy - stanowiący masę wiążącą w pojemnikach o kształcie wydłużonego walca umieszczoną w otworze kotwiowym albo w inny znany sposób. Końcówka zewnętrzna kotwi ma znaną postać, gwintowanego pręta na który, po założeniu podkładki umieszcza się nakrętkę dociskową albo łba kształtowego - wówczas podkładkę nakłada się na pręt kotwi przed zamocowaniem końcówki wewnętrznej w wywierconym otworze.

W innym rozwiązaniu kotew podatna składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej - podatnej o ciągliwości wynoszącej minimum 18%, końcówki wewnętrznej i końcówki zewnętrznej. Obie końcówki wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Część środkowa składa się z pręta górnego, stalowej tulei łączącej - zaopatrzonej w ślepy gwintowany otwór, pręta dolnego - którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny. Pręt górny połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką wewnętrzną i z tuleją łączącą. Pręt dolny połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką zewnętrzną i rozłącznie z tuleją rozłączną. Pręt górny i pręt dolny wykonane są z materiału o ciągliwości wynoszącej minimum 18%, korzystnie ze stali o ciągliwości przekraczającej 18%. Tuleja łącząca wykonana jest ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Końcówka wewnętrzna kotwi według wynalazku ma znaną postać przystosowaną do powiązania jej ze skałą w otworze poprzez: głowicę kotwi - stanowiącą konstrukcję mechaniczną umożliwiającą cierne utwierdzenie kotwi w górotworze, albo poprzez ładunek klejowy stanowiący masę wiążącą w pojemnikach o kształcie wydłużonego walca umieszczoną w otworze kotwiowym albo w inny znany sposób. Końcówka zewnętrzna kotwi ma znaną postać, gwintowanego pręta na który, po założeniu podkładki umieszcza się nakrętkę dociskową albo łba kształtowego wówczas podkładkę nakłada się na pręt kotwi przed zamocowaniem końcówki wewnętrznej w wywierconym otworze.

W jeszcze innym rozwiązaniu kotew podatna składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej - podatnej o ciągliwości wynoszącej minimum 18%, końcówki wewnętrznej i końcówki zewnętrznej. Obie końcówki wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Część środkowa składa się z: pręta górnego, stalowej tulei łączącej zaopatrzonej w ślepy gwintowany otwór, pręta dolnego, którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny oraz z łącznika zawierającego tuleję łącznika zaopatrzoną w ślepy gwintowany otwór i w pręt pośredni, którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny. Pręt górny połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką wewnętrzną, i z tuleją łączącą. Pręt dolny połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką zewnętrzną i rozłącznie z tuleją łącznika. Pręt pośredni połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z tuleją łącznika oraz rozłącznie z tuleją łączącą. Pręt górny, pręt dolny i pręt pośredni wykonane są z materiału o wysokiej ciągliwości, korzystnie, przekraczającej 18%. Korzystnie jako ich materiał stosowana jest stal o wysokiej ciągliwości, przekraczającej 18%. Tuleja łącząca i tuleja łącznika wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Korzystnie stosowany jest co najmniej jeden łącznik. Końcówka wewnętrzna kotwi według wynalazku ma znaną postać przystosowaną do powiązania jej ze skałą w otworze poprzez: głowicę kotwi - stanowiącą konstrukcję mechaniczną umożliwiającą cierne utwierdzenie kotwi w górotworze, albo poprzez ładunek klejowy - stanowiący masę wiążącą w pojemnikach o kształcie wydłużonego walca umieszczoną w otworze kotwiowym albo w inny znany sposób. Końcówka zewnętrzna kotwi ma znaną postać, gwintowanego pręta na który, po założeniu podkładki umieszcza się nakrętkę dociskową albo łba kształtowego - wówczas podkładkę nakłada się na pręt kotwi przed zamocowaniem końcówki wewnętrznej w wywierconym otworze. W rozwiązaniu tym scalanie końcówki wewnętrznej z łącznikiem oraz łącznika z końcówka zewnętrzna dokonuje się w traki J i i ί i i J i cie procesu kotwienia. W przypadku stosowania większej ilości łączników po scaleniu końcówki wewnętrznej z pierwszym łącznikiem dokonuje się scalenia z pierwszym łącznikiem kolejno następne łączniki, a końcówkę zewnętrzną łączy się z ostatnim łącznikiem. Po scaleniu kotwi dalszy proces kotwienia prowadzi się znanym sposobem.

Parametry wytrzymałościowe materiałów kotwi dobiera się tak, aby nośność elementu środkowego była wyższa w obszarze stosowalności prawa Hooka, ko rzystnie o ok. 10% od zakładanej nominalnej nośności kotwi, a nośność końcówki wewnętrznej i zewnętrznej była równa lub wyższa od nośności elementu środkowego. Gabaryty i wzajemne proporcje, a także długość części środkowej w przypadku kotwi jednoelementowej a także długości prętów: górnego i dolnego w przypadku kotwi dwuelementowej oraz prętów: górnego, dolnego i pośredniego w przypadku kotwi wieloelementowej, dobierane są w zależności od dopuszczonych deformacji górotworu tak, aby zapewnić odpowiednie bezwzględne wydłużenie części środkowej kotwi, odpowiadające założonej podatności obudowy kotwiowej zgodnie z warunkami prowadzenia wyrobiska, a także uzyskanie założonej podporności roboczej kotwi. Kotew według wynalazku jest zdolna do: przenoszenia dużego obciążenia, jak również do znacznego wydłużenia się, w przypadku nagłego wzrostu obciążenia (np. rozwarstwienie górotworu) w związku z tym nadaje się do kotwienia odkształcających się mas skalnych. Sposób łączenia elementów w procesie wykonania umożliwia powtarzalną produkcję w dużych seriach z zachowaniem założonych parametrów.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładowym wykonaniu na rysunku na którym fig. 1 przedstawia kotew podatną z jednoelementową częścią środkową w widoku z przodu zaopatrzoną w końcówkę wewnętrzną przystosowaną do ciernego mocowania w górotworze oraz w końcówkę zewnętrzną przystosowaną do współpracy z podkładką i nakrętką dociskową, fig. 2 kotew podatną z dwuelementową częścią środkową w widoku z przodu zaopatrzoną w końcówkę wewnętrzną przystosowaną do ciernego mocowania w górotworze oraz z końcówkę zewnętrzną przystosowaną do współpracy z podkładką i nakrętką dociskową a fig. 3 kotew podatną z trzy elementową częścią środkową w widoku z przodu, zaopatrzoną w końcówkę wewnętrzną przystosowaną do ciernego mocowania w górotworze oraz z końcówkę zewnętrzną przystosowaną do współpracy z podkładką i nakrętką dociskową.

Przykład 1

Kotew podatna w przykładowym wykonaniu pokazanym na fig. 1, składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej 1 - wykonanej ze stali o ciągliwości wynoszącej 18%, końcówki wewnętrznej 2 - umieszczonej na jednym końcu części środkowej 1 oraz końcówki zewnętrznej 3 - umieszczonej na drugim jej końcu. Obie końcówki 2 i 3 wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Końcówka wewnętrzna 2 ma postać głowicy - w postaci rozbieżnego stożka. Na głowicy pokazane są, współpracujące z nią szczęki rozprężne 4 przeznaczone do ciernego jej osadzenia w skale górotworu. Końcówka zewnętrzna 3 ma postać walca zawierającego nagwintowaną końcówkę 5. Na końcówce zewnętrznej 3 pokazana jest podkładka 6 i nakrętka podtrzymująca 7. Końcówka wewnętrzna 2 i końcówka zewnętrzna 3 połączone są z częścią środkową 1 w procesie zgrzewania odpowiednio na powierzchniach 8 i 9. Przykład 2

Kotew podatna w przykładowym wykonaniu pokazana na fig. 2 składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej 1, końcówki wewnętrznej 2 i zewnętrznej 3. Obie końcówki 2 i 3 wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Końcówka wewnętrzna 2 ma postać głowicy - w postaci rozbieżnego stożka. Na głowicy pokazane są, współpracujące z nią szczęki rozprężne 4, przeznaczone do ciernego jej osadzenia w skale górotworu. Końcówka zewnętrzna 3 ma postać walca zawierającego nagwintowaną końcówkę 5. Na końcówce zewnętrznej 3 pokazana jest podkładka 6 i nakrętka podtrzymująca 7. Część środkowa 1 składa się z pręta górnego 1.1, stalowej tulei łączącej 10 - zaopatrzonej w ślepy gwintowany otwór, pręta dolnego (1.2), którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny. Pręt górny 1.1 połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką wewnętrzną 2 na powierzchni 8 i z tuleją łączącą 10 na powierzchni 11. Pręt dolny 1.2 połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką zewnętrzną 3 na powierzchni 9. Pręt górny 1.1 i pręt dolny 1.2 wykonane są ze stali o ciągliwości przekraczającej 18%. Tuleja łącząca 10 wykonana jest ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. W odpowiednio wysokich wyrobiskach, w gwintowany otwór tulei łączącej 10 wkręca się gwintowany koniec pręta dolnego 1.2 w wyniku czego uzyskuje się scalenie kotwi przed procesem kotwienia. W niskich wyrobiskach - w których długość kotwi jest większa od wysokości wyrobiska łączenie elementów prowadzi się w trakcie procesu kotwienia. W głąb wywierconego w górotworze otworu wprowadza się końcówkę wewnętrzną 2 z prętem górnym 1.1, pozostawiając na zewnątrz otworu tuleję łączącą 10, następnie w gwintowany otwór tej tulei łączącej 10 wkręca się gwintowany koniec pręta dolnego 1.2 w wyniku czego uzyskuje się scalenie kotwi. Dalszy proces kotwienia prowadzi się znanym sposobem.

Przykład 3 ‘

Kotew podatna w przykładowym wykonaniu pokazana na fig. 3 składa się z usytuowanych względem siebie współosiowo: części środkowej 1, końcówki wewnętrznej 2 i zewnętrznej 3. Obie końcówki 2 i 3 wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Końcówka wewnętrzna 2 ma postać głowicy - w postaci rozbieżnego stożka. Na głowicy pokazane są, współpracujące z nią szczęki rozprężne 4, przeznaczone do ciernego jej osadzenia w skale górotworu. Końcówka zewnętrzna 3 ma postać walca zawierającego nagwintowaną końcówkę 5. Na końcówce zewnętrznej 3 pokazana jest podkładka 6 i nakrętka podtrzymująca 7. Część środkowa 1 składa się z pręta górnego 1.1 stalowej tulei łączącej 10 zaopatrzonej w ślepy gwintowany otwór, pręta dolnego 1.2 którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny oraz z łącznika 12 zawierającego tuleję łącznika 10.1 zaopatrzoną w ślepy gwintowany otwór i pręt pośredni 1.3, którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny. Pręt górny 1.1 połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką wewnętrzną 2 na powierzchni 8 i z tuleją łączącą 10 na powierzchni 11. Pręt dolny 1.2 połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z końcówką zewnętrzną 3 na powierzchni 9 i rozłącznie z tuleją łącznika 10.1. Pręt pośredni 1.3 połączony jest nierozłącznie w procesie zgrzewania z tuleją łącznika 10.1 na powierzchni 13 oraz rozłącznie z tuleją łączącą 10. Pręt górny 1.1, pręt dolny 1.2 i pręt pośredni 1.3 wykonane są ze stali o wysokiej ciągliwości, przekraczającej 18%. Tuleja łącząca 10 i tuleja łącznika 10.1 wykonane są ze stali konstrukcyjnej o dużej sztywności. Scalanie końcówki zewnętrznej 2 połączonej nierozłącznie z prętem górnym 1.1 i stalową tuleją łączącą 10 z łącznikiem 12 oraz łącznika 12 z końcówką zewnętrzną 3 połączoną nierozłącznie z prętem dolnym 1.2 dokonuje się w trakcie procesu kotwienia. Po scaleniu kotwi dalszy proces kotwienia prowadzi się znanym sposobem.

Claims (6)

1. Kotew podatna w postaci pręta zawierająca część środkową oraz końcówki: wewnętrzną i zewnętrzną połączone z częścią środkową nierozłącznie przy czym część środkowa wykonana jest z materiału o wysokiej ciągliwości, korzystnie, przekraczającej 18%, zaś końcówki ze stali konstrukcyjnej, znamienna tym, że końcówki: wewnętrzna (2) i zewnętrzna (3) połączone są z częścią środkową (1) w procesie zgrzewania.

2. Kotew podatna w postaci pręta zawierająca część środkową oraz końcówki: wewnętrzną i zewnętrzną wykonane ze stali konstrukcyjnej, znamienna tym, że część środkowa (1) składa się z pręta górnego (1.1) stalowej tulei łączącej (10) zaopatrzonej w ślepy gwintowany otwór, pręta dolnego (1.2) którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny, przy czym pręt górny (1.1) połączony jest nierozłącznie z końcówką wewnętrzną (2) i z tuleją łączącą (10) zaś pręt dolny (1.2) połączony nierozłącznie z końcówką zewnętrzną (3) i rozłącznie z tuleją łączącą (10), a ponadto pręt górny (1.1) i pręt dolny (1.2) wykonane są z materiału o wysokiej ciągliwości, korzystnie, przekraczającej 18%, zaś jako materiał tulei łączącej (10) stosowana jest stal konstrukcyjna, przy czym, korzystnie, połączenia nierozłączne wykonane są w procesie zgrzewania.

3. Kotew według zastrz. 2, znamienna tym, że jako materiał prętów: górnego (1.1) i dolnego (1.2) stosowana jest stal o wysokiej ciągliwości przekraczającej 18%.

4. Kotew podatna w postaci pręta zawierająca część środkową oraz końcówki: wewnętrzną i zewnętrzną wykonane ze stali konstrukcyjnej, znamienna tym, że część środkowa (1) składa się z pręta górnego (1.1) stalowej tulei łączącej (10) zaopatrzonej w ślepy gwintowany otwór, pręta dolnego (1.2) którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny oraz z łącznika (12) zawierającego tuleję łącznika (10.1) zaopatrzoną w: ślepy gwintowany otwór i pręt pośredni (1.3) - którego jeden koniec zaopatrzony jest w gwint zewnętrzny, przy czym pręt górny (1.1) połączony jest nierozłącznie z końcówką wewnętrzną (2) i z tuleją łączącą (10), pręt dolny (1.2) połączony nierozłącznie z końcówką zewnętrzną (3) i rozłącznie z tuleją łącznika (10.1) zaś pręt pośredni (1.3) połączony jest nierozłącznie z tuleją łącznika (10.1) oraz rozłącznie z tuleją łącząca (10), a ponadto pręt górny (1.1), pręt dolny (1.2) i pręt pośredni (1.3) wykonane są z materiału o wysokiej ciągliwości, korzystnie, przekraczającej 18%, zaś jako materiał tulei łączącej (10) i tulei łącznika (10.1) stosowana jest stal konstrukcyjna o dużej sztywności przy czym, korzystnie, połączenia nierozłączne wykonane są w procesie zgrzewania.

5. Kotew według zastrz. 4, znamienna tym, że jako materiał prętów: górnego (1.1), dolnego (1.2) i pośredniego (1.3) stosowana jest stal o wysokiej ciągliwości przekraczającej 18%.

6. Kotew według zastrz. 4, znamienna tym, że stosuje się co najmniej jeden łącznik (12).