RU2083843C1

RU2083843C1 - Anchor support

Info

Publication number: RU2083843C1
Application number: RU95107276A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Ануфриев; В.Д. Ялевский; С.Б. Стажевский; Ю.М. Кашин
Original assignee: Академия горных наук РФ, Проектный и технологический институт конверсии угольной промышленности Кузбасса
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1997-07-10
Also published as: RU95107276A

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: in anchor support having load-bearing rod installed in bore-hole with eccentrically located supporting head on its locking end, mineral filler, backing member with eccentrically positioned washer, head has end-face part in the form of tapered cone with incline angle relative to axis of load-bearing rod being 10-15 deg. That end-face portion is provided with groove. Relation of length of tapered part to cylindrical part is equal to 1:1.8-2, and height of cylindrical part is not less than diameter of bore-hole, and clearance between cylindrical part and bore-hole wall is equal to 3.0-3.3% of bore-hole diameter. Mineral filler must be with grain size of 5-100% of clearance value. In addition, in anchor support between mineral filler and washer, eccentric flexible washer is installed. EFFECT: high efficiency. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к креплению горных выработок, а именно к анкерной крепи. The invention relates to the fastening of mine workings, namely to anchor support.

Известна анкерная крепь, включающая установленный в скважине стержень с замком из усеченного конуса с цилиндрическим основанием, распорные элементы, размещенные на усеченном конусе с возможностью вдавливания в стенки скважины, и опорную плиту с отверстием для стержня. При этом распорные элементы выполнены в виде металлических гранул различной крупности, которые размещены на усеченном конусе рядами по возрастанию их размеров, а опорная плита снабжена дополнительными отверстиями для засыпки гранул в скважину [1]
Недостатком анкерной крепи является невозможность ее использования для крепления слабоустойчивых пород, т.к. металлическими гранулами нельзя загерметизировать скважину по всей ее длине из-за зазоров между гранулами, а также их высокая стоимость.Known anchor support, including a rod installed in the well with a lock from a truncated cone with a cylindrical base, spacer elements placed on a truncated cone with the possibility of pressing into the walls of the well, and a base plate with a hole for the rod. Moreover, the spacer elements are made in the form of metal granules of various sizes, which are placed on a truncated cone in rows in increasing their sizes, and the base plate is equipped with additional holes for filling granules into the well [1]
The disadvantage of anchor support is the inability to use it for fastening weakly stable rocks, because metal pellets cannot be sealed well over its entire length due to the gaps between the granules, as well as their high cost.

Наиболее близкой к предлагаемой является анкерная крепь, включающая грузонесущий стержень с эксцентрично поставленной гайкой, навинченной на его замковый конец, бумажный патрон, заполненный крупнозернистым песком, эксцентрично поставленную шайбу и кольцевой упор [2] Грузонесущий стержень вводят в скважину до упора в породу, затем вращают головку стержня, из-за эксцентричности расположения отверстий шайба и гайка не вращаются, а сближаются, выдавливая песок в стенки скважины. Closest to the proposed one is anchor support, which includes a load-bearing rod with an eccentrically set nut screwed on its locking end, a paper cartridge filled with coarse sand, an eccentrically set washer and an annular stop [2] The load-bearing rod is inserted into the well until it stops in the rock, then rotate the head of the rod, due to the eccentricity of the hole arrangement, the washer and nut do not rotate, but converge, squeezing sand into the borehole walls.

Недостатком известной анкерной крепи является значительное перемещение анкерного стержня при уплотнении сыпучего материала вследствие того, что диаметр патрона с сыпучим материалом меньше диаметра скважины, т.к. в противном случае его нельзя разместить в ней. Перемещение стержня приводит к необходимости удлинять его резьбовую часть, что удорожает конструкцию. При указанном недостатке невозможно заполнить скважину по всей длине минеральным наполнителем с целью ее герметизации для предотвращения окисления стенок скважины. Этот фактор является существенным для глинисто-карбонатных пород. Вследствие окисления этих пород их несущая способность, а следовательно, и анкерной крепи снижается на 70-80%
Несущая способность известной крепи снижается также за счет наличия бумажного патрона, т.к. между сыпучим материалом и стенками скважинами уменьшается сцепление и силы трения, возникает скольжение частиц наполнителя.A disadvantage of the known anchor support is a significant movement of the anchor rod during compaction of bulk material due to the fact that the diameter of the cartridge with bulk material is less than the diameter of the well, because otherwise it cannot be placed in it. Moving the rod leads to the need to lengthen its threaded portion, which increases the cost of the structure. With this drawback, it is impossible to fill the well along the entire length with mineral filler in order to seal it to prevent oxidation of the well walls. This factor is essential for clay-carbonate rocks. Due to the oxidation of these rocks, their bearing capacity, and therefore the anchor support, is reduced by 70-80%
The bearing capacity of the known lining is also reduced due to the presence of a paper cartridge, because between the bulk material and the walls of the wells, adhesion and friction forces decrease, and filler particles slip.

Кроме того, при известной конструкции головки анкера недостаточно полно использован механизм взаимодействия сыпучего материала со стенками скважины, вследствие чего увеличиваются затраты времени на изготовление резьбы, установку анкера. In addition, with the known design of the head of the anchor, the mechanism of interaction of the bulk material with the walls of the well is not fully used, as a result of which the time spent on threading and installing the anchor increases.

Целью изобретения является повышение несущей способности крепи за счет обеспечения герметизации скважины в слабоустойчивых породах, за счет появления дополнительных сил трения в зазоре между головкой анкера и стенками скважины, а также снижение перемещения анкера, уменьшение затрат на его изготовление за счет уменьшения длины резьбы. The aim of the invention is to increase the load-bearing capacity of the lining by ensuring the sealing of the well in low-stability rocks, due to the appearance of additional friction forces in the gap between the head of the anchor and the walls of the well, as well as reducing the movement of the anchor, reducing the cost of its manufacture by reducing the length of the thread.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в анкерной крепи, включающей установленный в скважине грузонесущий стержень с эксцентрично поставленной опорной головкой на его замковом конце, минеральный заполнитель, подпорный элемент с эксцентрично поставленной шайбой, головка имеет торцевую часть в виде усеченного конуса с углом наклона к оси грузонесущего стержня 10-15^o, снабженную бороздой, причем отношение длины конической части к цилиндрической равно 1:( 1,8 + 2,0,) а высота цилиндрической части составляет не менее диаметра скважины, зазор между цилиндрической частью и стенкой скважины равен 3,0 -3,3% от диаметра скважины, при этом минеральный заполнитель берут с крупностью зерен 5-100% от зазора. Дополнительно анкерная крепь между минеральным заполнителем и шайбой содержит эксцентрично поставленную эластичную шайбу.The essence of the proposed technical solution is that in the anchor support, which includes a load-bearing rod installed in the well with an eccentrically mounted support head at its locking end, a mineral aggregate, a retaining element with an eccentrically placed washer, the head has an end part in the form of a truncated cone with an angle of inclination to the axis of the load-bearing rod 10-15 ^o , equipped with a groove, and the ratio of the length of the conical part to the cylindrical is 1 :( 1.8 + 2.0,) and the height of the cylindrical part is not less than the diameter well, the gap between the cylindrical part and the wall of the well is 3.0-3.3% of the diameter of the well, while the mineral aggregate is taken with a grain size of 5-100% of the gap. Additionally, the anchor support between the mineral aggregate and the washer contains an eccentrically placed elastic washer.

Коническая форма торца опорной головки позволяет в процессе перемещения ее к устью скважины разместить в зазоре между цилиндрическими стенками опорной головки и стенками скважины больший объем минерального заполнителя, тем самым увеличить его плотность и соответственно силы трения опорной головки о минеральный наполнитель. Процесс уплотнения минерального наполнителя, например песка, конической поверхностью головки происходит за счет увеличения плотности упаковки частиц, за счет сдвиговых деформаций частиц, а также их разворота. Бороздка на конической поверхности увеличивает работу поверхности головки за счет переориентации длинных осей частиц и связанной с этим дополнительной работой на сдвиговые деформации в частицах вдоль их длинных осей. При этом под головкой создается опорная подушка из уплотненного минерального наполнителя. Причем максимальный размер зоны уплотненного минерального наполнителя наблюдается при углах наклона конической поверхности к оси стержня в 10-15 ^o на интервале до 10 диаметров головки анкера. Наибольшая плотность наблюдается вокруг головки анкера и под головкой на интервале до 5 диаметров скважины. Вследствие введения бороздки на конической поверхности увеличивается размер уплотненной зоны по длине скважины до 10-12% При этом в уплотненной зоне появляются участки весьма уплотненного минерального заполнителя, чередующиеся с участками разряжения. Уплотненные участки песка обладают прочностью на растяжение и сжатие, сопоставимой с прочностью алевролитов, аргиллитов. Прочность закрепления анкера минеральным заполнителем определяется прочностью грузонесущего стержня. Однако минеральные смещения головки анкера, что определяют качество крепления, наблюдаются при соотношении длины конической части головки к цилиндрической, равном 1:(1,8-2), при зазоре между стенками головки анкера и стенками скважины от диаметра скважины в 3,0-3,3% и крупности зерен минерального заполнителя 5-100% от величины зазора. При этом не разрушаются стенки скважины из пород прочностью на сжатие 120, 130 кгс/см (т.е. слабоустойчивые породы). Выбор длины цилиндрической части головки в пределах диаметра скважины позволяет снизить величину смещения головки при предварительном натяжении. Дальнейшее увеличение длины головки анкера не влияет на ее смещение. Таким образом, в указанных пределах параметров элементов крепи достигается минеральное смещение головки анкера, обеспечивается возможность максимального заполнения скважины минеральным заполнителем. Отклонение от указанных соотношений параметров приводит к увеличению смещения головки анкера, а следовательно, хвостовика при предварительном натяжении анкера на величину, превышающую регламентированный техникой безопасности выступ хвостовика за гайку (50 мм).The conical shape of the end face of the support head allows you to place a larger volume of mineral aggregate in the gap between the cylindrical walls of the support head and the walls of the well in the process of moving it to the wellhead, thereby increasing its density and, accordingly, the friction force of the supporting head on the mineral filler. The process of compaction of a mineral filler, for example sand, with a conical surface of the head occurs due to an increase in the packing density of the particles, due to shear deformations of the particles, as well as their rotation. The groove on the conical surface increases the work of the head surface due to the reorientation of the long axes of the particles and the associated additional work on shear deformations in the particles along their long axes. In this case, a support pillow is created under the head from a compacted mineral filler. Moreover, the maximum size of the zone of compacted mineral filler is observed at angles of inclination of the conical surface to the axis of the rod of 10-15 ^o in the range of up to 10 diameters of the head of the anchor. The highest density is observed around the head of the anchor and under the head in the interval up to 5 well diameters. Due to the introduction of a groove on the conical surface, the size of the compacted zone along the length of the well increases to 10-12%. In this case, sections of a highly compacted mineral aggregate appear in the compacted zone, alternating with rarefaction areas. The compacted areas of sand have tensile and compressive strength comparable with the strength of siltstones and mudstones. The strength of anchoring the anchor with mineral aggregate is determined by the strength of the load-bearing rod. However, the mineral displacements of the head of the anchor, which determine the quality of fastening, are observed when the ratio of the length of the conical part of the head to the cylindrical is 1: (1.8-2), with a gap between the walls of the head of the anchor and the walls of the borehole from a diameter of 3.0-3 , 3% and grain size of the mineral aggregate 5-100% of the gap. In this case, the walls of the well from rocks with compressive strength of 120, 130 kgf / cm (i.e., weakly stable rocks) are not destroyed. The choice of the length of the cylindrical part of the head within the diameter of the borehole allows to reduce the magnitude of the displacement of the head during pre-tensioning. A further increase in the length of the anchor head does not affect its displacement. Thus, within the specified range of parameters of the lining elements, a mineral displacement of the anchor head is achieved, and the possibility of maximum filling of the well with mineral aggregate is ensured. Deviation from the indicated ratios of the parameters leads to an increase in the displacement of the head of the anchor, and therefore, of the shank, when the anchor is pre-tensioned by an amount that exceeds the protrusion of the shank for the nut (50 mm) regulated by safety measures.

На чертеже приведен осевой разрез анкерной крепи. The drawing shows an axial section of the anchor lining.

Анкерная крепь состоит из грузонесущего стержня 1 с опорной головкой 2 на его замковом конце минерального заполнителя 3, скважины 4, подпорной втулки 5 в устье скважины, подпирающей минеральный заполнитель через жесткую 6 эластичную 7 шайбы. Опорные элементы крепи состоят из верхняка 8, опорной шайбы 9, сферической шайбы 10, гайки 11. Верхняк 8 поддерживает кровлю и концы перетяжек 12, служащие для поддержания кровли между верхняками. Верхняк 8 симметрично по краям имеет изгибы V-образного сечения для размещения изогнутых концов стержней перетяжки 12. Anchor support consists of a load-bearing rod 1 with a support head 2 at its castle end of the mineral aggregate 3, well 4, retaining sleeve 5 at the wellhead, supporting the mineral aggregate through a rigid 6 elastic 7 washer. The supporting elements of the lining consist of an upper 8, a supporting washer 9, a spherical washer 10, a nut 11. The upper 8 supports the roof and the ends of the constricts 12, which serve to maintain the roof between the upper. The upper 8 symmetrically at the edges has bends of a V-shaped section for accommodating the curved ends of the rods of the constriction 12.

Опорная головка 2 установлена на грузонесущем стержне 1 эксцентрично его оси. Навинченная на замковый конец стержня 1 эксцентричная головка 2 смещает его от центра скважины 4 к ее стенке, что позволяет вводить вместе со стержнем транспортную магистраль для заполнения скважины. По этой же причине шайбы 6 и 7 выполнены эксцентричными. The support head 2 is mounted on a load-bearing rod 1 eccentric to its axis. An eccentric head 2 screwed onto the locking end of the rod 1 displaces it from the center of the well 4 to its wall, which allows the transport line to be introduced together with the rod to fill the well. For the same reason, the washers 6 and 7 are made eccentric.

Опорная головка 2 имеет сложную форму и состоит из цилиндрической части и торцевой в виде усеченного конуса. На конической поверхности выполнена борозда 13. The support head 2 has a complex shape and consists of a cylindrical part and an end in the form of a truncated cone. A groove 13 is made on the conical surface.

Анкерную крепь устанавливают следующим образом. На замковый конец опорного стержня 1 навинчивают асимметричную головку 2, устанавливают стержень 1 в скважину 4 и заполняют ее минеральным заполнителем 3. Далее в устье скважины 4 на стержень 1 надевают эластичную шайбу 7, жесткую шайбу 6, подпорную втулку 5. Под верхняк 8 на стержень 1 надевают опорную шайбу 9, сферическую шайбу 10 и навинчивают на хвостовик стержня 1 гайку 11. Anchor support set as follows. An asymmetric head 2 is screwed onto the locking end of the support rod 1, the rod 1 is inserted into the well 4 and filled with mineral aggregate 3. Then, at the mouth of the well 4, an elastic washer 7 is put on the rod 1, a rigid washer 6, and a retaining sleeve 5. Under the top 8 on the rod 1 put on the support washer 9, the spherical washer 10 and screw the nut 11 onto the shaft shank 1.

Подпорная втулка не влияет на смещение анкера, но способствует уплотнению минерального заполнителя в нижней части, повышает герметизацию скважины, замедляя таким образом процесс окисления стенок скважины приконтурного массива. Втулка 5 под влиянием перемещения по стержню гайки 11, шайб 10 и 9 поднимается вверх и через жесткую шайбу 6 сжимает эластичную шайбу 7. Шайба 7 вдавливается в стенки скважины 4, герметизируя ее, и передает усилие на минеральный заполнитель 3. При навинчивании гайки 11 через шайбы 9 и 10 верхняк 8 поджимается к кровле. Вместе с верхняком к кровле прижимается и перетяжка 12, перекрывая ее зазоре между верхняками двух скважин, (не показано). The supporting sleeve does not affect the displacement of the anchor, but helps to seal the mineral aggregate in the lower part, increases the sealing of the well, thereby slowing down the process of oxidizing the walls of the well of the near-surface array. The sleeve 5 under the influence of movement along the shaft of the nut 11, the washers 10 and 9 rises up and compresses the elastic washer 7 through the rigid washer 7. The washer 7 is pressed into the walls of the well 4, sealing it, and transfers the force to the mineral filler 3. When screwing the nut 11 through washers 9 and 10, the upper 8 is pressed to the roof. Together with the top, the constriction 12 is pressed to the roof, blocking its gap between the tops of two wells (not shown).

При подтягивании верхняка 8 к кровле головка 2 анкера смещается к устью скважины 4, уплотняя минеральный заполнитель 3 в зазоре между стенками скважины 4 и головкой 2 и под головкой 2. Уплотнение происходит за счет уменьшения зазоров, срезов, сдвиговых деформаций частиц, их разворота, проскальзывания. Постепенно реактивные усилия, возникающие за счет сил трения и сцепления частиц, уравновешивают вес пород в границах возможного контура свода естественного равновесия над выработкой. Процесс предварительного натяжения анкера заканчивают. Далее анкер работает в режиме заданных деформаций. When lifting the upper 8 to the roof, the head 2 of the anchor is shifted to the wellhead 4, sealing the mineral aggregate 3 in the gap between the walls of the well 4 and the head 2 and under the head 2. Sealing occurs due to the reduction of gaps, sections, shear deformations of particles, their rotation, slippage . Gradually reactive forces arising due to the forces of friction and cohesion of particles balance the weight of the rocks within the boundaries of the possible contour of the arch of natural equilibrium over production. The pre-tensioning process of the anchor is completed. Further, the anchor operates in the set deformations mode.

Claims

1. Anchor support, including a load-bearing rod installed in the well with an eccentrically mounted support head at its locking end, a mineral filler, a retaining element with an eccentrically placed washer, characterized in that the head has an end part in the form of a truncated cone with an angle of inclination to the axis of the load-bearing rod 10 15 ^o , equipped with a groove, and the ratio of the length of the conical part to the cylindrical is 1 1.8 2.0, and the height of the cylindrical part is not less than the diameter of the well, the gap between the cylindrical part The thickness and wall of the well is 3.0 3.3% of the diameter of the well, while the mineral aggregate is taken with a grain size of 5 100% of the gap.

2. The support according to claim 1, characterized in that between the mineral filler and the washer it contains an eccentrically placed elastic washer.