RU2166635C2

RU2166635C2 - Anchor with mineral filler

Info

Publication number: RU2166635C2
Application number: RU97118200A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Ануфриев; З.М. Гараев; А.Е. Майоров
Original assignee: Институт угля и углехимии СО РАН
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: bolting of mine workings. SUBSTANCE: anchor has a load-carrying rod with supporting head on lock end, sleeve from mineral filler in clearance between borehole walls and rod, supporting washer fitted on rod on side of borehole head, supporting members and nut out of borehole. Supporting washer is eccentric in the form of sleeve with flexible lugs resting on borehole walls. EFFECT: higher operating reliability of anchor; reduced cost. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к креплению горных выработок, а именно к анкерам. The present invention relates to the fastening of mine workings, namely to anchors.

Известен анкер [1], включающий грузонесущий стержень с эксцентричной гайкой, навинченной на его замковый конец, бумажный патрон, заполненный крупнозернистым песком, эксцентрично установленную на стержне шайбу. Грузонесущий стержень вводят в скважину до упора в породу, затем вращают стержень. Вследствие эксцентричного расположения отверстий шайба и гайка не вращаются, а сближаются, вдавливая песок в стенки скважины. Known anchor [1], including a load-bearing rod with an eccentric nut screwed on its castle end, a paper cartridge filled with coarse sand, an washer eccentrically mounted on the rod. The load-bearing rod is inserted into the well until it stops in the rock, then the rod is rotated. Due to the eccentric arrangement of the holes, the washer and nut do not rotate, but come closer, pushing sand into the borehole walls.

Недостатком известного анкера является значительное перемещение анкерного стержня для уплотнения 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 удлинить его резьбовую часть, что удорожает конструкцию. Кроме того, снижается несущая способность анкера из-за наличия на контакте с породными стенками бумажного патрона. При размокании бумага снижает трение сыпучего материала о стенки скважины. A disadvantage of the known anchor is the significant movement of the anchor rod to seal the 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. In addition, the bearing capacity of the anchor is reduced due to the presence of a paper cartridge at the contact with the rock walls. When soaking, paper reduces the friction of bulk material against the walls of the well.

Известна анкерная крепь [2], включающая грузонесущий стержень с опорным элементом на его замковом конце, замок из сыпучего материала и подпорный элемент из быстротвердеющего материала. Known anchor support [2], including a load-bearing rod with a support element at its locking end, a lock of granular material and a retaining element of quick-hardening material.

Недостаток такой крепи состоит в сложности реализации, вследствие того что в процесс вовлекаются две трудно совместимые технологии. Кроме заполнения скважины сыпучими материалами, дополнительно вовлекается технология заполнения быстротвердеющими смесями. В целом технология усложняется и становится менее надежна. Кроме того, пульт и блок управления процессами становятся более сложными, требуют антикоррозийного покрытия при работе во влажной рудничной атмосфере, что ведет к удорожанию установки для закрепления анкеров. The disadvantage of such a lining is the complexity of implementation, due to the fact that two difficultly compatible technologies are involved in the process. In addition to filling the well with bulk materials, the technology of filling with quick-hardening mixtures is additionally involved. In general, technology is becoming more complex and less reliable. In addition, the remote control and the process control unit become more complex, require anti-corrosion coating when working in a humid mine atmosphere, which leads to an increase in the cost of installation for fixing anchors.

Известен податливый анкер [3], включающий грузонесущий стержень с узлом податливости в виде конусного рассекателя в донной части скважины, замок анкера в виде пробки из сыпучего материала с заглушкой, размещенной в устьевой части скважины, головки анкера в виде грузонесущей шайбы с конусными отверстиями, установленной на расстоянии величины возможной податливости столба сыпучего материала, размещенного между конусным рассекателем и грузонесущей шайбой (головкой анкера). Known malleable anchor [3], including a load-bearing rod with a compliance node in the form of a cone divider in the bottom of the well, an anchor lock in the form of a plug of granular material with a plug placed in the wellhead, an anchor head in the form of a load-bearing washer with cone holes installed at a distance of the magnitude of the possible compliance of a column of bulk material placed between a conical divider and a load-bearing washer (anchor head).

Недостаток анкера состоит в ненадежности его работы вследствие того, что вся пробка из сыпучего материала от головки анкера до заглушки в устье скважины становится податливой при формировании зоны интенсивной трещиноватости (в зоне неупругих деформаций) приконтурного массива вследствие высыпания песка в трещины. The disadvantage of the anchor is the unreliability of its operation due to the fact that the entire plug of loose material from the head of the anchor to the plug at the wellhead becomes malleable when an intensive fracture zone (in the zone of inelastic deformation) of the contour mass is formed due to sand spilling into the cracks.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является анкер [4], включающий грузонесущий стержень с головкой анкера в донной части скважины, замок анкера из столба сыпучего материала в оболочке, подпертого упругим элементом и подпорной втулкой в устье скважины. The closest analogue in technical essence is an anchor [4], including a load-bearing rod with an anchor head in the bottom of the well, an anchor lock from a column of bulk material in the shell, supported by an elastic element and a retaining sleeve at the wellhead.

В данном решении столб сыпучего материала в устье скважины подперт шайбой и подпорной втулкой, имеющей опору через подхват на гайку, навинченную на резьбу хвостовика анкера. In this solution, a column of bulk material at the wellhead is supported by a washer and a retaining sleeve, which is supported through a catch on a nut screwed onto the thread of the anchor shank.

Недостаток анкера состоит в том, что в период формирования неупругой зоны приконтурного массива сыпучий материал, например песок, высыпается в образуемые трещины давления и столб песка становится излишне податливым. The disadvantage of the anchor is that during the formation of the inelastic zone of the near-mass array, bulk material, for example sand, spills into the formed pressure cracks and the column of sand becomes excessively malleable.

Если размещать втулку из сыпучего минерального заполнителя за границей неустойчивой части массива, т.е. за зоной интенсивной трещиноватости, например на высоте 0,7 - 1 м, то тогда потребуется подпорная втулка из жесткого материала длиной 0,7 - 1 м. Это ведет к удорожанию анкера. В целом конструкция анкера сложна и технология установки мало производительна из-за многооперационности процесса установки. Кроме того, конструкция ненадежна из-за снижения сил трения и сцепления сыпучего о стенки скважины из-за разделяющей их оболочки, в которой находится сыпучий материал. If you place a sleeve of loose mineral aggregate beyond the boundary of the unstable part of the array, i.e. behind the zone of intense fracturing, for example, at a height of 0.7 - 1 m, then a retaining sleeve of rigid material with a length of 0.7 - 1 m will be required. This leads to an increase in the cost of the anchor. In general, the design of the anchor is complex and the installation technology is not very productive due to the multi-operation nature of the installation process. In addition, the design is unreliable due to a decrease in the friction forces and adhesion of the granular to the well walls due to the shell separating them, in which the bulk material is located.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы анкера при относительно низкой его стоимости. The aim of the invention is to increase the reliability of the anchor at a relatively low cost.

Указанная цель достигается тем, что в анкере, включающем грузонесущий стержень с головкой на замковом конце, втулку из минерального заполнителя в зазоре между стеками скважины и стержнем, подпорную шайбу, надетую на стержень со стороны устья скважины, подпорная шайба выполнена эксцентричной в виде втулки с упругими полями, опертыми на стенки скважины. This goal is achieved by the fact that in the anchor, including a load-bearing rod with a head at the locking end, a sleeve of mineral aggregate in the gap between the stacks of the well and the rod, a retaining washer put on the rod from the side of the wellhead, the retaining washer is made eccentric in the form of a sleeve with elastic fields supported on the walls of the well.

Подпорная шайба выполнена в виде втулки с упругими полями, которыми оперта на стенки скважины и надета на стержень анкера с возможностью относительного перемещения. Основное назначение шайбы заключается в предотвращении высыпания из скважины сыпучего материала. Для этого шайба выполнена несколько большего диаметра скважины. Форма и диаметр полей позволяют с помощью досылочного устройства дослать шайбу в глубь скважины за зону интенсивной трещиноватости и подпереть втулку из песка. Обратного хода такая шайба не имеет, т.к. диаметр полей шайбы больше диаметра скважины. Поля выполнены упругими и могут иметь усы. Поэтому при досылке в сторону забоя скважины поля еще больше прогибаются и распираются в стенки скважины. Форма полей и их жесткость не допускают перемещения шайбы в обратном направлении. The retaining washer is made in the form of a sleeve with elastic fields, which are supported on the walls of the well and put on the anchor rod with the possibility of relative movement. The main purpose of the washer is to prevent spillage of bulk material from the well. For this washer made a slightly larger diameter of the well. The shape and diameter of the fields make it possible to send the puck into the depth of the well beyond the zone of intense fracturing and support the sand sleeve with the help of a sending device. Such a washer does not have a reverse stroke, because the diameter of the fields of the washer is greater than the diameter of the well. Fields are elastic and may have a mustache. Therefore, when sending to the bottom of the well, the fields bend even more and burst into the walls of the well. The shape of the fields and their rigidity do not allow the washer to be moved in the opposite direction.

Подпорная шайба, таким образом, подпирает сыпучий материал, предотвращая его высыпание, без подпорной втулки. Это обстоятельство позволяет подпереть сыпучий материал за границей зоны интенсивной трещиноватости в устойчивой части приконтурного массива и тем самым повысить надежность крепления при одновременном снижении затрат вследствие исключения из конструкции подпорной втулки. Влияние подпорной втулки на плотность столба сыпучего материала ограничивается на интервале 5 - 6 диаметров скважины. Далее плотность втулки из сыпучего материала практически остается неизменной. Ограничение влияния подпора на больший интервал обусловлено процессами, протекающими в сыпучем материале при взаимодействии со стенками скважины при деформировании столба сыпучего материала подпорной втулкой из-за проявления сил трения, сцепления. Испытания, проведенные в искусственной скважине и в натурных условиях, подтверждают факт того, что нагрузочная характеристика анкера не зависит от того, подперт ли сыпучий материал, в частности песок, шайбой с подпорной втулкой или без нее при высоте столба песка свыше 450 мм. Нагрузочная характеристика не меняется также в случае подпора столба песка высотой свыше 450 мм мягким материалом, например поролоном или войлоком. Таким образом, конструкция анкера, в котором подпорная втулка подпирает сыпучий материал за счет фиксации на стенках скважины упругими полями, обеспечивает работоспособность анкера и позволяет закрепить анкер сыпучим материалом за контуром неустойчивой части массива, где вероятность высыпания сыпучего в трещины минимальна. Это повышает надежность функционирования анкера при снижении его стоимости за счет исключения из элементной базы анкера подпорной втулки из жесткого материала. The retaining washer thus supports the bulk material, preventing it from spilling out, without the retaining sleeve. This circumstance makes it possible to back up bulk material outside the zone of intense fracturing in the stable part of the near-edge array and thereby increase the reliability of fastening while reducing costs due to the exclusion of the retaining sleeve from the design. The influence of the retaining sleeve on the density of the bulk material column is limited to an interval of 5 to 6 well diameters. Further, the density of the sleeve of bulk material remains virtually unchanged. The limitation of the effect of backwater on a larger interval is due to the processes occurring in the bulk material during interaction with the walls of the well during deformation of the bulk material column by the retaining sleeve due to the manifestation of friction and adhesion forces. Tests conducted in an artificial well and under natural conditions confirm the fact that the load characteristic of the anchor does not depend on whether the bulk material, in particular sand, is supported with a washer with or without a retainer sleeve with a sand column height of more than 450 mm. The load characteristic does not change also in the case of backing up a column of sand with a height of more than 450 mm with a soft material, such as foam rubber or felt. Thus, the design of the anchor, in which the retaining sleeve supports bulk material due to the fixation by elastic fields on the walls of the well, ensures the operability of the anchor and allows the anchor to be fixed with bulk material over the contour of the unstable part of the array, where the probability of pouring loose into cracks is minimal. This increases the reliability of the operation of the anchor while reducing its cost due to the exclusion from the element base of the anchor of the retaining sleeve of rigid material.

Сущность предложения поясняется чертежом, на котором представлен анкер, закрепленный в скважине песком. The essence of the proposal is illustrated by the drawing, which shows the anchor fixed in the well with sand.

Анкер, закрепленный в скважине 1, состоит из грузонесущего стержня 2, эксцентричной опорной головки 3, навинченной на резьбу замкового конца анкера, втулки 4 из сыпучего минерального заполнителя, размещенной за границей неустойчивой трещиноватой части массива (линия М - М), подпорной шайбы 5, решетчатой перетяжки 6, опорной шайбы 7 и опорной гайки 8, навинченной на хвостовик анкера. An anchor fixed in well 1 consists of a load-bearing rod 2, an eccentric support head 3, screwed onto the thread of the locking end of the anchor, a sleeve 4 of loose mineral aggregate, placed outside the unstable fractured part of the array (line M - M), retaining washer 5, lattice constriction 6, support washer 7 and support nut 8 screwed onto the shank of the anchor.

Подпорная шайба 5 предназначена для предотвращения высыпания из скважины сыпучего материала 4 в период предварительного натяжения анкера и в процессе эксплуатационного нагружения. The retaining washer 5 is designed to prevent the spillage of bulk material 4 from the well during the pre-tensioning of the anchor and during operational loading.

Подпорная шайба 5 выполнена эксцентричной в виде втулки с упругими внешними полями по форме гриба. Внутренний диаметр втулки, за исключением торцовой части, со стороны забоя скважины выполнен несколько большим диаметра стержня 2 для обеспечения относительного перемещения стержня 2 относительно шайбы 5, которая упругими полями оперта на стенки скважины вследствие того, что поля шайбы 5 выполнены большего диаметра, чем скважина. Переход втулки с большего диаметра на меньший у верхнего торца образует тонкое эластичное ребро для перекрытия кольцевого зазора вокруг стержня анкера. Эксцентричность шайбы 5 необходима для обеспечения возможности одновременного введения в скважину стержня 2 и сопловой трубки для пневматической забойки скважины сыпучим материалом. Сопловая трубка после забойки извлекается, а стержень фиксируется сыпучим материалом в эксцентричном положении. Поэтому шайба 5 также должна быть эксцентричной. Втулка в конструкции шайбы необходима для предотвращения ее перекоса и образования большого зазора, через который может высыпаться сыпучий материал. The retaining washer 5 is made eccentric in the form of a sleeve with elastic external fields in the shape of a mushroom. The inner diameter of the sleeve, with the exception of the end part, from the bottom of the well is slightly larger than the diameter of the rod 2 to ensure relative movement of the rod 2 relative to the washer 5, which is supported by elastic fields on the walls of the well because the fields of the washer 5 are made larger than the well. The transition of the sleeve from a larger diameter to a smaller one at the upper end forms a thin elastic rib to overlap the annular gap around the anchor rod. The eccentricity of the washer 5 is necessary to enable simultaneous insertion of the rod 2 and the nozzle tube into the well for pneumatic casing of the well with bulk material. After jamming, the nozzle tube is removed, and the rod is fixed with bulk material in an eccentric position. Therefore, the washer 5 must also be eccentric. The sleeve in the design of the washer is necessary to prevent its skew and the formation of a large gap through which bulk material can pour out.

Монтаж анкера осуществляют следующим образом. Вводят в скважину 1 грузонесущий стержень 2 с эксцентричной опорной головкой 3 одновременно с трубкой (на чертеже не показано) установки закрепления анкера. С включением подачи сыпучего материала под головку 3 анкер не имеет возможности выпасть из скважины из-за подпора сыпучего материала 4. По мере заполнения скважины сыпучим материалом 4 трубка из скважины выводится. В районе границы контура неустойчивой части массива (линия М - М) подача сыпучего в скважину прекращается. Время подачи сыпучего материала под головку анкера составляет 5 - 8 секунд в зависимости от класса пород и длины анкеров. После этого на хвостовик анкера надевается подпорная эксцентричная шайба 5 с упругими полями и монтажной трубкой (на чертеже не показано), вводится в скважину до упора в торец втулки из сыпучего материала 4. После этого на хвостовик анкера надевается решетчатая перетяжка 6, опорная шайба или подхват 7 и навинчивается на хвостовик анкера гайка 8. В случае необходимости возводится аналогичным образом дополнительная герметизирующая втулка из сыпучего материала и подпорная шайба в устье скважины. Во время навинчивания гайки 8 на хвостовик анкера опорная головка 3 анкера перемещается вместе с грузонесущим стержнем к устью скважины. Вследствие малого кольцевого зазора между головкой анкера и стенками скважины сыпучий материал (песок) под головкой анкера при ее перемещении уплотняется. Дальнейшее перемещение головки анкера вызывает пластические деформации частиц сыпучего (песка). На интервале 5 - 6 диаметров скважины в сыпучем материале развивается трение, сцепление, дилатенсия. Эти процессы создают реакцию отпора на головку анкера в направлении противоположном осевому перемещению анкера к устью скважины вплоть до разрыва грузонесущего стержня. Деформации сыпучего материала в ближней области под головкой анкера практически не передаются на подпорную шайбу 5, которая предотвращает высыпание сыпучего (песка), т. к. закреплена упругими полями на стенках скважины и не перемещается к устью скважины во время натяжения грузонесущего стержня 2 и его перемещения относительно подпорной шайбы 5. The installation of the anchor is as follows. A load-carrying rod 2 with an eccentric support head 3 is introduced into the well 1 at the same time as the anchor fixing installation tube (not shown). With the inclusion of the supply of bulk material under the head 3, the anchor does not have the opportunity to fall out of the well due to backfill of the bulk material 4. As the well is filled with bulk material 4, the tube is removed from the well. Near the boundary of the contour of the unstable part of the massif (line M - M), the flow of granular into the well is stopped. The feed time for the bulk material under the head of the anchor is 5 - 8 seconds, depending on the class of rocks and the length of the anchors. After that, a retaining eccentric washer 5 with elastic fields and a mounting tube (not shown) is put on the anchor shank, inserted into the well until it stops in the end face of the sleeve of bulk material 4. After that, a lattice hauling 6, a supporting washer or pick-up is put on 7 and nut 8 is screwed onto the anchor shank. If necessary, an additional sealing sleeve of bulk material and a retaining washer in the wellhead are likewise constructed. During the screwing of the nut 8 onto the shank of the anchor, the support head 3 of the anchor moves together with the load-bearing rod to the wellhead. Due to the small annular gap between the head of the anchor and the walls of the well, the bulk material (sand) under the head of the anchor when it is moved is compacted. Further movement of the head of the anchor causes plastic deformation of the particles of granular (sand). On the interval of 5 - 6 well diameters, in the bulk material, friction, adhesion, and dilatancy develop. These processes create a reaction of repulse to the head of the anchor in the direction opposite to the axial movement of the anchor to the wellhead up to the breaking of the load-bearing rod. Deformations of bulk material in the near area under the head of the anchor are practically not transmitted to the retaining washer 5, which prevents the pouring of loose (sand), since it is fixed by elastic fields on the walls of the well and does not move to the wellhead during tension of the load-carrying rod 2 and its movement relative to retaining washer 5.

Таким образом, подпорная шайба 5 подпирает сыпучий материал и закрепляется на стенках скважины за границей зоны интенсивной трещиноватости без подпорной втулки. Это предотвращает высыпание сыпучего (песка) в трещины, повышая тем самым надежность закрепления анкера при одновременном снижении стоимости анкера за счет ликвидации жесткой подпорной втулки в устье скважины, сокращая расход сыпучего материала. Thus, the retaining washer 5 props the bulk material and is fixed on the walls of the well beyond the boundary of the zone of intense fracturing without a retaining sleeve. This prevents the pouring of loose (sand) into cracks, thereby increasing the reliability of anchor fixing while reducing the cost of the anchor by eliminating the rigid retaining sleeve at the wellhead, reducing the consumption of bulk material.

Источники информации
1. Семовский В.Н. и др. Штанговая крепь. М., "Недра", 1965, с. 38.Sources of information
1. Semovsky V.N. and other rod support. M., "Nedra", 1965, p. 38.

2. А.С. СССР N 697732. Опубл. 15.11.79, БИ N 42. 2. A.S. USSR N 697732. Publ. 11/15/79, BI N 42.

3. А.С. СССР N 1418476. Опубл. 23.08.88, БИ N 31. 3. A.S. USSR N 1418476. Publ. 08.23.88, BI N 31.

4. СССР N 1372059. Опубл. 07.02.88, БИ N 5. 4. USSR N 1372059. Publ. 02/07/88, BI N 5.

Claims

An anchor with a mineral aggregate, including a load-bearing rod with a support head at the locking end, a sleeve of mineral aggregate in the gap between the walls of the well and the rod, a retaining washer put on the rod from the side of the wellhead, support elements and a nut outside the well, characterized in that the retaining the washer is made eccentric in the form of a sleeve with elastic fields supported on the walls of the well.