RU2377410C9 - Thread, anchor and drilling equipment of blast hole - Google Patents
Thread, anchor and drilling equipment of blast hole Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377410C9 RU2377410C9 RU2006123272/03A RU2006123272A RU2377410C9 RU 2377410 C9 RU2377410 C9 RU 2377410C9 RU 2006123272/03 A RU2006123272/03 A RU 2006123272/03A RU 2006123272 A RU2006123272 A RU 2006123272A RU 2377410 C9 RU2377410 C9 RU 2377410C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thread
- hole
- anchor
- rod
- crown
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к креплению горных выработок.The invention relates to the fastening of mine workings.
Преимущественная область применения в угольных шахтах и рудниках.Primary application in coal mines and mines.
Может быть использован в качестве опережающей крепи, армирующей слой горной породы на длину анкера. Применим как временная крепь при проходке тоннелей, для крепления монтажно-демонтажных камер угледобывающих комплексов.It can be used as an advancing lining reinforcing a rock layer to the length of the anchor. We apply as a temporary support during tunneling, for mounting the assembly and dismantling chambers of coal mining complexes.
Аналогом предлагаемому техническому решению является запатентованный щелевой анкер Split set, примененный на угольных и урановых шахтах США [1, стр.59-62]. Принцип работы его основан на фрикционной стабилизации породы вокруг анкера, препятствующей расслоению и перемещению ее. Фрикционно-механический анкер создает предварительный распор в радиальных направлениях при установке. Сила распора сдерживает сдвижение пород. Со временем прочность закрепления нарастает вследствие продолжительного распора подпружиненного устройства, его внедрения в шпур и коррозии, повышающих трение на поверхности контакта.An analogue of the proposed technical solution is the patented split-hole anchor Split set, used in coal and uranium mines in the USA [1, pp. 59-62]. Its principle of operation is based on the frictional stabilization of the rock around the anchor, which prevents delamination and movement of it. The friction-mechanical anchor creates a preliminary spacer in radial directions during installation. The power of the thrust restrains the movement of rocks. Over time, the strength of the fastening increases due to the prolonged expansion of the spring-loaded device, its introduction into the hole and corrosion, which increase friction on the contact surface.
Стержень щелевого анкера представляет стальную трубу с продольной щелью по всей длине и с отпрессованной на конце круглой площадкой для опорного элемента. Ее забивают в шпур механизмом ударного действия. Противоположная щели сторона трубы упруго деформируется (изгибается внутрь). В результате труба распирается в шпуре в двух направлениях - щелевой линейной стороной и противоположной изогнутой. Труба в поперечном сечении в месте изгиба приобретает параболообразную форму напротив щели. Максимум усилия распора приходится на щелевую сторону и на вершину параболы с уменьшением в направлении ее ветвей. У краев щели создается линейная нагрузка. От краев щели до стороны угла сектора контакта труба не взаимодействует с поверхностью шпура. Большая часть цилиндрической поверхности шпура не нагружена. Усилие внедрения анкера в шпур примерно равнопрочно усилию вытягивания.The slot anchor rod is a steel pipe with a longitudinal slot along the entire length and with a round platform pressed on the end for the support element. She is driven into a hole by a shock mechanism. The side of the pipe opposite the gap is elastically deformed (bends inward). As a result, the pipe bursts in a borehole in two directions - the slotted linear side and the opposite curved one. The pipe in cross section at the bend takes a parabolic shape opposite the gap. The maximum force of thrust falls on the slit side and on the top of the parabola with a decrease in the direction of its branches. A linear load is created at the edges of the slit. From the edges of the slit to the side of the angle of the contact sector, the pipe does not interact with the surface of the hole. Most of the cylindrical surface of the hole is not loaded. The force of introduction of the anchor into the hole is approximately equal to the pulling force.
Недостатками этого анкера являются:The disadvantages of this anchor are:
1. Нагрузке подвержена только часть поверхности шпура.1. Only part of the borehole surface is subject to stress.
2. Закрепление только за счет силы трения.2. Fastening only due to friction.
3. Распор только в две противоположные стороны.3. Spread only in two opposite directions.
4. Большой диаметр шпура.4. Large borehole diameter.
5. Невозможность применения в пластовых выработках небольшого поперечного сечения из-за больших габаритов бурильно-установочного оборудования и поперечного уклона почвы выработки на наклонных пластах.5. The impossibility of using a small cross section in reservoir workings due to the large dimensions of the drilling and installation equipment and the transverse slope of the working soil on inclined formations.
Общие существенные признаки аналога с заявляемым анкером:Common essential features of an analogue with the claimed anchor:
1. Механическое закрепление по всей длине.1. Mechanical fastening along the entire length.
2. Предварительный распор в стенки шпура при установке.2. Pre-expansion in the walls of the hole during installation.
3. Радиальное направление сил распора.3. The radial direction of the thrust forces.
4. Непосредственный контакт с породой без промежуточных элементов.4. Direct contact with the breed without intermediate elements.
Наиболее близким по совокупности совпадающих существенных признаков аналогом предлагаемому техническому решению, принятым за прототип, является анкер по [2], а.с. СССР №1629558, кл. E21D 21/00. Анкер содержит стержень, с двух противоположных сторон имеющий выступы по форме синусоиды, смещенные на полупериод относительно противоположной стороны. Стержень воздействует на распорные полугильзы, которые имеют изнутри контактирующую поверхность, идентичную поверхности стержня. На выступающем в выработку конце имеется метрическая резьбовая часть с гайкой. В собранном виде с совмещенными выступами стержня с соответствующими углублениями распорных полугильз и навинченной гайкой до соприкосновения с торцами полугильз анкер вводят в шпур. Завинчиванием гайки, опирающейся о торцы полугильз, стержень втягивают между ними, этим самым распирая их в стенки шпура. После распора полугильз закрепляют опорный элемент с помощью гайки.The closest in the set of matching essential features analogue of the proposed technical solution adopted for the prototype is an anchor according to [2], and.with. USSR No. 1629558, cl. E21D 21/00. The anchor contains a rod, on two opposite sides, having protrusions in the form of a sinusoid, offset by a half-period relative to the opposite side. The rod acts on the spacer half-shells, which have a contact surface from the inside identical to the surface of the rod. There is a metric threaded part with a nut at the end protruding into the development. In assembled form with the combined protrusions of the rod with the corresponding recesses of the spacer half-shells and a screwed-in nut, the anchor is inserted into the hole until it touches the ends of the half-shells. By tightening the nut resting on the ends of the half shells, the rod is pulled between them, thereby bursting them into the walls of the borehole. After expansion, the half-shells secure the support element with a nut.
Величину расчетного предварительного распора каждого анкера контролируют числом оборотов гайки при установке или по допускаемому крутящему моменту (пределу упругой деформации) стержня динамометрическим ключом. Возможно повторное использование анкера.The value of the calculated preliminary thrust of each anchor is controlled by the number of revolutions of the nut during installation or by the permissible torque (elastic deformation limit) of the rod with a torque wrench. Reuse of anchor possible.
Преимущество прототипа перед аналогом - в увеличенной площади контакта анкера со шпуром. Распирание его также в двух противоположных направлениях, но контактируют цилиндрические поверхности близких диаметров.The advantage of the prototype over the analogue is in the increased contact area of the anchor with the hole. Bursting it also in two opposite directions, but cylindrical surfaces of close diameters contact.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
1. Сложность и высокая стоимость изготовления.1. The complexity and high cost of manufacture.
2. Большой диаметр шпура.2. Large borehole diameter.
3. Большая металлоемкость.3. Large metal consumption.
4. Распор только в две противоположные стороны.4. Spread only in two opposite directions.
5. Максимальный распор полугильз происходит при положении контактирующих деталей, близком к проскальзыванию.5. The maximum spacing of the half-shells occurs when the position of the contacting parts is close to slipping.
6. Контакт с породой через промежуточные элементы крепи.6. Contact with the rock through the intermediate elements of the lining.
Общие существенные признаки прототипа, совпадающие с предложенным анкером:Common essential features of the prototype, coinciding with the proposed anchor:
1. Закрепление по всей длине шпура.1. Fastening along the entire length of the hole.
2. Резьбовый конец.2. Threaded end.
3. Предварительный распор в стенки шпура.3. Pre-spacer in the walls of the hole.
4. Радиально направленный распор.4. Radially directed spreader.
5. Контролируемая прочность предварительного закрепления.5. Controlled prefixing strength.
6. Возможность повторного использования.6. The possibility of reuse.
Главной задачей предлагаемого изобретения является создание надежного, экономичного, с малой металлоемкостью и низкой трудоемкостью изготовления и установки, с возможностью повторного использования анкера, с минимальным объемом выбуриваемой породы.The main objective of the invention is the creation of a reliable, economical, low metal consumption and low labor-intensive manufacturing and installation, with the possibility of reuse of the anchor, with a minimum volume of drillable rock.
Сущность анкера выражается в совокупности существенных признаков - непосредственном распоре своим телом в стенки шпура в радиальных направлениях по всей боковой поверхности с усилием закрепления, превышающим его прочность на разрыв. Он представляет собой «витой усеченный конический клин» на всей длине анкера без разрыва сплошности.The essence of the anchor is expressed in the aggregate of essential features - direct expansion of the body into the borehole walls in radial directions along the entire lateral surface with a clamping force exceeding its tensile strength. It is a “twisted truncated conical wedge” along the entire length of the anchor without breaking the continuity.
Важнейшим принципиально новым качеством его, неизвестным ранее, является объемное сжатие закрепляемого слоя породы на длине анкера в двух взаимно перпендикулярных направлениях (в боковом радиальном распоре и осевом сжатии с помощью опорного элемента) при параллельном расположении анкеров. В результате объемно-напряженный слой приобретает свойства монолитной несущей плиты, армированной анкерами, в непосредственной кровле выработки.The most important fundamentally new quality of it, previously unknown, is the volumetric compression of the fixed rock layer along the length of the anchor in two mutually perpendicular directions (in the lateral radial spacing and axial compression with the support element) with the anchors parallel to each other. As a result, the volume-stressed layer acquires the properties of a monolithic bearing plate reinforced with anchors in the immediate roof of the mine.
Указанные существенные признаки изобретения обеспечивают получение технических результатов: улучшение контакта рабочего органа со средой (витков резьбы анкера с породой) и объемное сжатие массива породы.These essential features of the invention provide technical results: improved contact of the working body with the medium (threads of the anchor thread with the rock) and volumetric compression of the rock mass.
Несомненно, признаки изобретения относятся к существенным, так как влияют на достигаемые технические результаты. Так, витки резьбы анкера покрывают всю цилиндрическую поверхность шпура, предельно улучшая контакт с породой, а радиальный распор анкера совместно с осевым сжатием обеспечивают объемное напряженное состояние массива породы. То есть они находятся в причинно-следственной связи с указанными результатами. Из всех существенных признаков анкера, характеризующих изобретение: механическое закрепление по всей длине, непосредственный контакт тела анкера с породой, предварительный радиальный распор, возможность повторного использования следует выделить отличительные от аналога и прототипа - наклон соприкасающейся поверхности анкера к поверхности шпура под углом трения скольжения анкера о породу, контакт анкера со всей цилиндрической поверхностью шпура, усилие закрепления, превышающее его прочность на разрыв. Их достаточно для всех случаев применения анкера (испрашиваемый объем правовой охраны).Undoubtedly, the features of the invention are significant, as they affect the achieved technical results. So, the threads of the anchor thread cover the entire cylindrical surface of the borehole, maximizing contact with the rock, and the radial spacer of the anchor, together with axial compression, provide volumetric stress state of the rock mass. That is, they are in a causal relationship with the indicated results. Of all the essential features of the anchor that characterize the invention: mechanical fastening along the entire length, direct contact of the anchor body with the rock, preliminary radial spacing, the possibility of reuse should be distinguished from the analogue and the prototype — the inclination of the contacting surface of the anchor to the surface of the hole at an angle of friction of the anchor about rock, contact of the anchor with the entire cylindrical surface of the borehole, the fixing force in excess of its tensile strength. They are sufficient for all cases of the use of the anchor (the requested scope of legal protection).
Задача решается применением анкера в виде болта или шпильки с гайкой с резьбовым закреплением, заворачиваемого в породу и закрепляемого в шпуре по всей поверхности. Следовательно, второй задачей является создание резьбы, обеспечивающей эти качества анкера и выполнимой в горных породах. Необходимость объединения изобретений в группу в использовании резьбы в анкере как составной неотъемлемой его части. Соединение деталей с помощью резьбы (болтов, шпилек) широко применяют в технике для обеспечения их относительной неподвижности. Применяются резьбы треугольного, прямоугольного, трапециевидного, круглого профилей. Аналогом предлагаемой резьбе может служить метрическая резьба с профилем равностороннего треугольника со срезанной вершиной [3, стр.190]. Стороны поперечного сечения витка наклонены к поверхности цилиндра. Проекция опорной стороны витка резьбы на цилиндрическую поверхность (в данном случае применения на стенку шпура) составляет менее половины шага резьбы. То есть опорная поверхность витков таких резьб покрывает поверхность шпура менее чем на половину под углом 60 град. Самым же благоприятным случаем закрепления анкера в породе является контакт опорной поверхности витков резьбы со всей поверхностью шпура.The problem is solved by using an anchor in the form of a bolt or stud with a nut with a threaded fastening, wrapped in rock and fixed in a borehole over the entire surface. Therefore, the second task is to create a thread that provides these qualities of the anchor and is feasible in rocks. The need to combine inventions in a group in the use of thread in the anchor as an integral part of it. The connection of parts using threads (bolts, studs) is widely used in technology to ensure their relative immobility. Threads of triangular, rectangular, trapezoidal, round profiles are used. An analogue of the proposed thread can be a metric thread with the profile of an equilateral triangle with a cut top [3, p. 190]. The sides of the cross section of the coil are inclined to the surface of the cylinder. The projection of the supporting side of the thread on a cylindrical surface (in this case, the application on the borehole wall) is less than half the thread pitch. That is, the supporting surface of the turns of such threads covers the surface of the hole less than half at an angle of 60 degrees. The most favorable case of fixing the anchor in the rock is the contact of the supporting surface of the threads with the entire surface of the hole.
Отношение рабочей высоты профиля к шагу у метрической с крупным или мелким шагом, трапецеидальной одно- и многозаходной, упорной одно- и многозаходной, круглой цилиндрической и конической, дюймовой конической, круглой для санитарно-технической арматуры находится в пределах 0,5-0,75 [3, стр.187-203].The ratio of the working height of the profile to the step for metric with large or small steps, trapezoidal single and multi-start, persistent single and multi-start, round cylindrical and conical, inch cone, round for sanitary fittings is in the range of 0.5-0.75 [3, p. 187-203].
Нагрузка, передаваемая породе от силы натяжения анкера, направлена под углом 30 град к устью шпура, т.е. на срез и скол витков и отрыв конуса породы из кровли выработки. Наиболее же эффективно радиальное направление распора. Резьба может быть выполнена на поверхности металлов или иных однородных пластичных вязких материалов. Существующие резьбы с традиционными принятыми мелкими параметрами относительно внутреннего диаметра неприемлемы для горных пород из-за их физико-механических свойств. При выполнении такой резьбы в стенке шпура неоднородность, хрупкость, микротрещиноватость, наличие включений, различных по размеру и прочности частиц, и др. вызывают сколы под режущей кромкой бурового инструмента. Ударные нагрузки и вибрация инструмента не позволяют получить резьбу приемлемого качества.The load transmitted to the rock from the tension force of the anchor is directed at an angle of 30 degrees to the mouth of the hole, i.e. on the cut and cleavage of turns and the separation of the cone of the rock from the roof of the mine. The most effective is the radial direction of the thrust. The thread can be made on the surface of metals or other uniform plastic viscous materials. Existing threads with traditionally adopted fine parameters regarding the inner diameter are unacceptable for rocks because of their physical and mechanical properties. When performing such a thread in the borehole wall, heterogeneity, brittleness, microcracking, the presence of inclusions of various sizes and strength of particles, etc. cause chips under the cutting edge of the drilling tool. Shock loads and tool vibration do not allow threads of acceptable quality.
Другим аналогом предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является круглая резьба, применяемая для соединения буровых коронок со штангами [4, стр.78-82]. Значение отношения рабочей высоты профиля к шагу у нее составляет 0,1, но площадь контакта внутренней с наружной резьбой даже меньше, чем у указанных выше резьб, что не позволяет применить ее.Another analogue of the invention adopted as a prototype is a round thread used to connect drill bits with rods [4, p. 78-82]. The value of the ratio of the working height of the profile to the step is 0.1, but the contact area of the internal with the external thread is even less than that of the above threads, which does not allow it to be used.
Общим существенным признаком аналога с заявленной резьбой является треугольный профиль, а с прототипом - величина отношения высоты профиля к шагу.A common essential feature of the analogue with the claimed thread is a triangular profile, and with the prototype - the ratio of the height of the profile to the step.
К недостаткам указанных резьб (применительно к горным породам), устраняемых предлагаемым техническим решением, следует отнести:The disadvantages of these threads (in relation to rocks), eliminated by the proposed technical solution include:
1. Малая рабочая высота профиля и шага резьбы относительно диаметра шпура.1. Small working height of the profile and the pitch of the thread relative to the diameter of the hole.
2. Малая площадь контакта опорных сторон витков.2. Small contact area of the supporting sides of the turns.
3. Противоположная сторона опорной стороне витка резьбы не несет нагрузки.3. The opposite side of the supporting side of the thread is not bearing.
4. Велико отношение рабочей высоты профиля к шагу резьбы.4. The ratio of the working height of the profile to the thread pitch is great.
5. Направление усилия нагружения витка породы от стержня под острым углом к устью шпура.5. The direction of the loading force of the coil of rock from the rod at an acute angle to the mouth of the hole.
6. Велика удельная нагрузка на опорную поверхность витка резьбы породы.6. Great specific load on the supporting surface of the thread of the rock.
Задача решается применением в горных породах резьбы с витками, работающими не на срез и скол, а на распор в стенки шпура по всей поверхности в радиальных направлениях. (Это качество закрепления может найти применение и в резьбе в металлах, например в деталях небольшой толщины из чугуна или других хрупких сплавов, а также для самозаклинивания гайки на болте против самооткручивания при вибрации механизмов и машин.)The problem is solved by the use in threads of rocks with coils that work not for cutting and chipping, but for spacing into the walls of the hole over the entire surface in radial directions. (This quality of fastening can also find application in carving in metals, for example, in parts of small thickness made of cast iron or other brittle alloys, as well as for self-jamming of a nut on a bolt against self-loosening during vibration of mechanisms and machines.)
Поскольку анкер несет осевую нагрузку только на растяжение и только опорные соприкасающиеся поверхности витков резьб постоянно нагружены, а противоположные им не несут нагрузки, в том числе и иной функциональной, они исключены из резьбы. За счет высоты этой половины витка увеличена образующая опорной поверхности до величины, несколько превышающей шаг резьбы. Соответственно, увеличивается площадь контакта витков до площади всей боковой поверхности шпура, что позволит применить анкер и в более слабых на сжатие породах.Since the anchor carries an axial load only in tension and only the supporting contacting surfaces of the threads are constantly loaded, and the opposite ones do not carry loads, including other functional ones, they are excluded from the thread. Due to the height of this half turn, the generatrix of the supporting surface is increased to a value slightly exceeding the thread pitch. Accordingly, the contact area of the coils increases to the area of the entire lateral surface of the hole, which will make it possible to use the anchor in weaker rocks as well.
Величина отношения рабочей высоты профиля шагу резьбы определяет направление распора анкера в шпур. Сила трения анкера о породу способствует прочности закрепления и также влияет на направление распора. Так как предпочтительно радиальное направление, то образующая опорной стороны ориентирована под углом к оси резьбы (стенка шпура), равным углу трения стали о породу αтр. Угол αтр равен Arctg численного значения коэффициентов трения стали о породу, находящегося в интервале 0,2-0,35. Это самый благоприятный наклон витка резьбы к поверхности шпура, когда обеспечиваются радиальные направления силы распора.The value of the ratio of the working height of the profile to the thread pitch determines the direction of the anchor thrust into the hole. The friction force of the anchor on the rock contributes to the strength of the fastening and also affects the direction of thrust. Since the radial direction is preferable, the generatrix of the supporting side is oriented at an angle to the axis of the thread (the borehole wall), equal to the angle of friction of the steel against the rock α tr . The angle α tr is equal to Arctg of the numerical value of the coefficients of friction of steel on the rock, which is in the range of 0.2-0.35. This is the most favorable inclination of the thread to the surface of the hole, when the radial direction of the thrust force is provided.
Сущность резьбы заключена в профиле витка резьбы в виде прямоугольного треугольника, включающего острый угол, равный углу трения соприкасающихся материалов. На анкере профиль ориентирован этим углом к устью шпура. Именно величиной этого угла достигается технический результат - распор анкера в радиальных направлениях.The essence of the thread is enclosed in the profile of the thread in the form of a rectangular triangle, including an acute angle equal to the angle of friction of the contacting materials. On the anchor, the profile is oriented at this angle to the mouth of the hole. It is by the magnitude of this angle that the technical result is achieved - the anchor spreader in radial directions.
Другим существенным признаком резьбы, отличным от аналога и прототипа, является соотношение параметров. В профиле отношение рабочей высоты к шагу, по размеру, близкому к диаметру шпура, находящееся в пределах 0,16-0,36, обеспечивает получение технического результата - выполнение резьбы в горных породах для анкеров с внутренним диаметром резьбы 15-18 мм.Another significant feature of the thread, different from the analogue and prototype, is the ratio of the parameters. In the profile, the ratio of the working height to the step, in a size close to the diameter of the borehole, within 0.16-0.36, provides a technical result - threading in rocks for anchors with an internal thread diameter of 15-18 mm.
Интервал 0,16-0,36 приемлем с учетом факторов, влияющих на применение резьбового анкера: изготовление самого анкера, штыбопропускная способность бурового инструмента, величина стружки, крепость и структура породы, качество резьбовой поверхности, величина крутящего момента на шпинделе бурового инструмента и др.The interval 0.16-0.36 is acceptable taking into account factors affecting the use of the threaded anchor: the manufacture of the anchor itself, the throughput of the drilling tool, chip size, rock strength and structure, the quality of the threaded surface, the magnitude of the torque on the spindle of the drilling tool, etc.
Эти признаки существенны, т.к. непосредственно влияют на достигаемые технические результаты и напрямую связаны с ними.These signs are significant because directly affect the technical results achieved and are directly related to them.
Буровое оборудование служит для использования анкера и в этом качестве входит в группу изобретений.Drilling equipment is used to use the anchor and as such is included in the group of inventions.
Известно мобильное переносное оборудование бурения шпура под анкеры, применяемое на угольных шахтах. Оно состоит из средств бурения (ручного электро- или пневмосверла или ручного перфоратора), реечно-храпового поддерживающе-подающего устройства, каретки с ползуном на рейке, на которой закрепляется средство бурения, витой буровой штанги и двухперой коронки, армированной твердосплавными пластинами. Бурение сухое, выдача буровой мелочи витой штангой на почву выработки произвольная.Known mobile portable equipment for drilling holes for anchors used in coal mines. It consists of drilling tools (a manual electric or pneumatic drill or a manual punch), a rack-and-ratchet support-feeding device, a slide carriage with a slide on which a drilling tool is fixed, a twisted drill rod and a two-core bit reinforced with carbide inserts. Dry drilling, delivery of drill trifle with a twisted rod to the soil of production is arbitrary.
Недостатками этого бурения являются:The disadvantages of this drilling are:
1. Отсутствует пылеподавление.1. There is no dust suppression.
2. Малая скорость и большая трудоемкость бурения.2. Low speed and high complexity of drilling.
3. Возможность бурения только цилиндрического шпура.3. The possibility of drilling only a cylindrical hole.
4. Применимо только в слабых породах.4. Applicable only in weak breeds.
Другим аналогом предлагаемому буровому оборудованию, принятым за прототип, может служить телескопный перфоратор ударно-вращательного действия с возможностью реверсии и отключения вращения штанги, работающий с промывкой [4, стр.5-7].Another analogue of the proposed drilling equipment, adopted as a prototype, can be a telescopic percussion rotary hammer with the ability to reverse and disable the rotation of the rod, working with flushing [4, p. 5-7].
Недостатки телескопного перфоратора:Disadvantages of a telescopic punch:
1. Вибро- и шумоопасен.1. Vibration and noise hazard.
2. Бурение шпура только круглого сечения.2. Drilling a hole of only circular cross section.
Общие существенные признаки прототипа с предлагаемым оборудованием:Common essential features of the prototype with the proposed equipment:
1. Управляемое удаление продуктов бурения с пылеподавлением.1. Controlled removal of dust-suppressed drilling products.
2. Отверстия в коронке и штанге.2. Holes in the crown and rod.
3. Буровая коронка долотчатого типа с конусным соединением со штангой.3. Drill bit chisel type with conical connection with a rod.
4. Распираемое поддерживающе-подающее устройство.4. Bendable support and feed device.
Известны средства нарезки резьбы в отверстиях в металлах, диаметром соизмеримых с диаметром шпура, например, комплект проходных и чистового метчиков. Принцип работы метчика заключается в постепенном удалении материала из резьбы рядом режущих кромок торцев разделенных на части витков резьбы. Каждый последующий виток из нескольких на инструменте имеет диаметр больший, чем у предыдущего. Стружка собирается в продольных выемках и периодически удаляется. Метчик работает без осевого усилия подачи, опираясь на уже прорезанные витки.Known means of threading in holes in metals with a diameter comparable with the diameter of the hole, for example, a set of feedthroughs and finishing taps. The principle of operation of the tap consists in the gradual removal of material from the thread near the cutting edges of the ends of the threads divided into parts. Each subsequent turn of several on the instrument has a larger diameter than the previous one. The chips are collected in longitudinal recesses and periodically removed. The tap works without axial feed force, relying on already cut turns.
Этот принцип не может быть перенесен на горные породы из-за большой длины шпура и физико-механических свойств пород, указанных выше.This principle cannot be transferred to rocks due to the large length of the hole and the physical and mechanical properties of the rocks indicated above.
Задачами предлагаемого изобретения являются бурение шпура с резьбовым профилем в породе и управляемое сухое удаление продуктов бурения с обеспыливанием. Задача проходки шпура решается бурением шпура в два приема - бурение собственно шпура круглого сечения и нарезка резьбы в ней. Бурение шпура осуществляют обычным средством - буровой долотчатой коронкой с твердосплавной вставкой с конусообразным верхом с конусным закреплением на штанге. Нарезку резьбы выполняют резьбонарезной штангой, имеющей на поверхности идентичную анкеру резьбу. Она снабжена коронкой с направляющим стержнем по диаметру шпура сверху для более точного выполнения профиля резьбы и надежного закрепления вставки. Вставка имеет на боковых противоположных сторонах по паре смыкающихся режущих кромок, смещенных относительно друг друга на половину шага резьбы. Они выступают за поверхность шпура, первая в направлении вращения на часть поперечного сечения витка, а вторая, выполненная по профилю резьбы, на оставшуюся часть сечения. Нарезку резьбы осуществляют через люнет, установленный на верхней части распираемого поддерживающе-подающего устройства. В люнете закреплена легкоходовая гайка, которая синхронизирует подачу с вращением штанги, обеспечивая подачу на шаг резьбы за один оборот.The objectives of the invention are drilling a hole with a threaded profile in the rock and controlled dry removal of drilling products with dust removal. The task of drilling a hole is solved by drilling a hole in two steps - drilling a hole of circular cross-section proper and threading in it. Drilling a hole is carried out by the usual means - a chisel drill bit with a carbide insert with a cone-shaped top with a cone fastening on the rod. Thread cutting is performed by a thread-cutting rod having a thread identical to the anchor on the surface. It is equipped with a crown with a guide rod along the diameter of the borehole from above for more accurate thread profile and reliable insert fixing. The insert has, on lateral opposite sides, a pair of interlocking cutting edges that are offset relative to each other by half a thread pitch. They protrude beyond the surface of the borehole, the first in the direction of rotation to a part of the cross section of the coil, and the second, made along the thread profile, to the rest of the section. Thread cutting is carried out through a lunette installed on the upper part of the bursting support-feeding device. An easy-running nut is fixed in the lunette, which synchronizes the feed with the rotation of the rod, providing feed per thread pitch in one revolution.
Задача удаления буровой мелочи с обеспыливанием решается пропуском ее через полый буровой инструмент. Для беспрепятственного пропуска площадь штыбопропускного сечения коронок меньше, чем у штанг. Торец стенки коронок скошен внутрь перед фронтальной стороной вставки, имеющей выемку над штыбопропускным отверстием. По каналу буровая мелочь попадает в сборник, одетый на средство бурения. Крышка его содержит тканевый фильтр.The task of removing drilling fines with dust removal is solved by passing it through a hollow drilling tool. For unimpeded access, the area of the cross-sectional section of the crowns is less than that of the rods. The end wall of the crowns is beveled inward in front of the front side of the insert having a recess above the bayonet hole. Through the channel, drill trifle falls into the collection, dressed in a drilling tool. Its cover contains a fabric filter.
Общие признаки аналога и прототипа с предлагаемым буровым оборудованием:Common features of analogue and prototype with the proposed drilling equipment:
1. Средства бурения шпура.1. Means of drilling a hole.
2. Поддерживающе-подающее устройство.2. Supporting and feeding device.
3. Буровая штанга с армированной твердосплавной вставкой коронкой.3. Drill rod with reinforced carbide insert crown.
Отличительные существенные признаки от аналога и прототипа оборудования:Distinctive essential features from analogue and prototype equipment:
1. Съемный обеспыливающий сборник продуктов сухого бурения на средстве бурения.1. Removable dust-free collection of dry drilling products on a drilling tool.
2. Резьбонарезная коронка со штангой с резьбой, идентичной резьбе анкера.2. Thread-cutting crown with a rod with a thread identical to the thread of the anchor.
3. Люнет с легкоходовой гайкой, закрепленный на распираемом поддерживающе-подающем устройстве.3. Lunette with a fast-moving nut, mounted on a bursting support-feeding device.
4. Полый буровой инструмент с уменьшенным проходным сечением коронок относительно штанг.4. A hollow drilling tool with a reduced bore of the crowns relative to the rods.
Сущность изобретения заключается в выполнении резьбы в шпуре одним витком резьбонарезной коронки на штанге с резьбой, опирающейся не на более слабые витки породы, а на гайку люнета. Вторым отличительным существенным признаком, характеризующим изобретение, является удаление продуктов бурения по полым буровым инструментам в сборник. Эти существенные признаки в совокупности позволяют получить технический результат - выполнение резьбы в породе и сухое обеспыливание.The essence of the invention is to perform threading in a borehole with one turn of a thread-cutting crown on a rod with a thread that does not rely on weaker turns of the rock, but on the nut of the lunette. The second distinctive essential feature characterizing the invention is the removal of drilling products through hollow drilling tools in the collection. These essential features together allow you to get a technical result - the performance of the thread in the rock and dry dedusting.
Как частный случай выполнения буровая коронка для слабых пород изготовлена с фронтальной стороной режущей кромки вставки, выступающей над верхней конусной поверхностью.As a special case, the drill bit for soft rocks is made with the front side of the cutting edge of the insert protruding above the upper conical surface.
Возможно применение резьбы в металлах или иных пластичных вязких материалах. Их физико-механические свойства определяют соответствующий интервал отношения высоты витка к внутреннему диаметру (шагу) - один из трех существенных признаков резьбы. Она может найти применение, т.к. сопротивление материалов на сжатие значительно больше, чем на растяжение и срез.It is possible to use threads in metals or other plastic viscous materials. Their physical and mechanical properties determine the corresponding interval of the ratio of the height of the coil to the inner diameter (step) - one of the three essential signs of a thread. It can find application, because the compressive strength of materials is much greater than tensile and shear.
Предлагаемое техническое решение реализуется в устройствах, проиллюстрированных чертежами, где изображены: на фиг.1 - анкер; на фиг.2 - анкер в разрезе по А-А на фиг.1 в породе; на фиг.3 - метрическая резьба стержня в массиве породы; на фиг.4 - схема сил нагружения массива радиальными нагрузками; на фиг.5 - буровое оборудование (аналог) в работе; на фиг.6 - реечно-храповое поддерживающе-подающее устройство; на фиг.7 - разрез по В-В на фиг.6; на фиг.8 - разрез по Д-Д на фиг.6 (съемный сборник продуктов бурения); на фиг.9 - узел А на фиг.8 (стопорный болт); на фиг.10 - разрез по С-С на фиг.6 (гайка люнета); на фиг.11 - разрез по К-К на фиг.6 (ползун каретки); на фиг.12 - буровая штанга в разрезе по оси с коронкой и хвостовиком; на фиг.13 - разрез по В-В на фиг.12; на фиг.14 - кромки вставки для слабых пород; на фиг.15 - вид по стрелке А на фиг.13 (вид коронки сверху); на фиг.16 - резьбонарезная штанга; на фиг.17 - разрез по С-С на фиг.16; на фиг.18 - разрез по И-И на фиг.16 (по коронке в породе).The proposed technical solution is implemented in the devices illustrated by the drawings, which depict: in Fig.1 - anchor; figure 2 - anchor in section along aa in figure 1 in the rock; figure 3 - metric thread of the rod in the rock mass; figure 4 - diagram of the forces of loading the array with radial loads; figure 5 - drilling equipment (analogue) in operation; figure 6 - rack-and-ratchet support-feeding device; Fig.7 is a section along BB in Fig.6; in Fig.8 is a section along DD in Fig.6 (removable collection of drilling products); in Fig.9 - node a in Fig.8 (locking bolt); figure 10 is a section along CC in figure 6 (lunette nut); figure 11 is a section along KK in figure 6 (slide carriage); in Fig.12 - drill rod in the context of the axis with the crown and shank; Fig.13 is a section along BB in Fig.12; on Fig - insert edges for weak breeds; on Fig - view along arrow a in Fig.13 (top view of the crown); in Fig.16 - threading rod; in Fig.17 is a section along CC in Fig.16; on Fig - section along II in Fig.16 (on the crown in the rock).
Анкер представляет собой шпильку 1 с гайкой 2 (возможен болт с головкой) с резьбой на всей поверхности стержня. Изготовление его возможно горячей прокаткой на поперечном прокатном стане из круглого профиля. На фиг.2 показан установленный в шпуре 3 анкер в разрезе по оси с опорным элементом крепи 4. Стрелками показано направление действующих сил на стенку шпура от силы натяжения анкера Р. Pn - удельная нормальная составляющая от силы Р на единицу поверхности распора. Fтр - удельная сила трения скольжения анкера о стенку шпура. R есть результирующая сил Pn и Fтр - удельная сила распора в стенку шпура, αтр - угол наклона витка резьбы к стенке шпура (трения). На фиг.3 схематично изображена метрическая резьба (аналог предлагаемой) в породе с направлением удельной нормальной составляющей силы Pn.The anchor is a
Как видно из фиг.2 и 3, сила Pn в предложенной резьбе направлена к стенке шпура в более выгодном направлении. А с учетом силы Fтр сила распора R направлена ортогонально поверхности шпура. Очевидно, что для получения радиального распора анкера в шпуре должно соблюдаться равенство угла наклона витка резьбы к стенке шпура с углом трения скольжения стали о породу. Следовательно, в интервале значений коэффициентов трения сталей о породы (0,2-0,35) предложенный анкер обладает свойством распора в радиальных направлениях. На фиг.4 показан вид на кровлю с направлениями действующих сил от анкеров в параллельных шпурах 3. Между анкерами выделен участок с действующими на него силами со всех направлений. На фиг.5 изображено буровое оборудование в работе (аналог). На фиг.6 показано переносное реечно-храповое поддерживающе-подающее устройство, распертое между почвой и кровлей выработки. Поз.5 обозначено средство бурения, поз.6 - резьбонарезная штанга, поз.7 - люнет, поз.8 - каретка с ползуном. Люнет 7 закреплен сверху на устройстве без возможности проворачивания и отклонения от оси. Под действием винтового домкрата 9 лезвие 10 люнета 7 может внедряться в кровлю и препятствует проворачиванию люнета и всего устройства.As can be seen from figure 2 and 3, the force P n in the proposed thread is directed to the wall of the hole in a more favorable direction. And taking into account the force F Tr the spreading force R is directed orthogonally to the surface of the hole. Obviously, to obtain a radial thrust of the anchor in the hole, the angle of inclination of the thread to the wall of the hole with the angle of friction of the steel against the rock must be observed. Therefore, in the range of the coefficients of friction of steels on the rock (0.2-0.35), the proposed anchor has the property of spreading in radial directions. Figure 4 shows a view of the roof with the directions of the acting forces from the anchors in
На фиг.8 поз.11 обозначен сборник продуктов буровой мелочи из эластичного материала (например, резины) с крышкой 12 с матерчатым фильтром, установленный на средстве бурения. Поз.13 обозначены стопорный болт для закрепления резьбонарезной штанги и анкера. На фиг.12, 13 и 15 изображена буровая штанга 14 с коронкой 15 с конусным закреплением под углом 3 град. 30 мин с твердосплавной пластиной 16.In Fig. 8,
На фиг.14 показаны выступающие с фронтальной стороны режущие кромки твердосплавной пластины 16 для слабых пород. На фиг.17 и 16 на штанге 6 обозначен направляющий стержень поз.17 резьбонарезной коронки 18 с отверстием 19 для пропуска продуктов бурения и с резьбонарезной твердосплавной пластиной 20. На хвостовике штанги 6 поз.21 обозначено отверстие для закрепления стопорным болтом 13. Штанги 6 и 14 имеют штыбопропускные отверстия 22 диаметром, большим, чем сечения отверстий 23 коронок 15 и 18, и выпускное отверстие 24.On Fig shown on the front side protruding cutting edges of the
Бурение шпура 3 осуществляют с распертого винтовым домкратом 9 поддерживающе-подающего устройства средством бурения 5 (например, электросверлом ЭР18Д2М) через люнет 7 штангой 14 с коронкой 15. Буровая мелочь при этом проходит внутри коронки по отверстию 23, затем по отверстию 22 и через выпускное отверстие 24 попадает в сборник 11. Затем штангой 6 с коронкой 18, закрепленной в шпинделе стопорным болтом 13, в шпуре нарезают резьбу. Продукты бурения через коронку 18, по отверстиям 23, 22 и 24 также попадают в сборник 11. После этого штангу 6 выворачивают из шпура среверсированным средством бурения 5, освобождают стопорным болтом 13, снимают сборник 11 и высыпают продукт бурения. После этого закрепляют болтом 13 анкер и средством бурения 5 заворачивают его в шпур 3. Нарезание резьбы штангой 6 осуществляют через гайку 25, закрепленную в люнете 7.Drilling a
Список литературыBibliography
1. «Mining engineering», 1977, V.29, no 7, USA.1. "Mining engineering", 1977, V.29, no 7, USA.
2. Авторское свидетельство СССР №1629558, кл. E21D 21/00, 1991 г., Бюл. №7.2. USSR Copyright Certificate No. 1629558, cl.
3. В.А.Федоренко, А.И.Шошин. Справочник по машиностроительному черчению, Л.: Машиностроение, 1977 г.3. V.A. Fedorenko, A.I. Shoshin. Handbook of mechanical engineering, L .: Engineering, 1977
4. В.М.Васильев. «Перфораторы» (справочник), М.: Недра, 1989 г.4. V.M. Vasiliev. "Hammers" (reference), M .: Nedra, 1989
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123272/03A RU2377410C9 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Thread, anchor and drilling equipment of blast hole |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006123272/03A RU2377410C9 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Thread, anchor and drilling equipment of blast hole |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006123272A RU2006123272A (en) | 2008-01-10 |
| RU2377410C2 RU2377410C2 (en) | 2009-12-27 |
| RU2377410C9 true RU2377410C9 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=39019878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006123272/03A RU2377410C9 (en) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Thread, anchor and drilling equipment of blast hole |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377410C9 (en) |
-
2006
- 2006-06-29 RU RU2006123272/03A patent/RU2377410C9/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2377410C2 (en) | 2009-12-27 |
| RU2006123272A (en) | 2008-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6322307B1 (en) | Fixing anchor | |
| US5188496A (en) | Self-tapping screw-type masonry anchor | |
| DK2233757T3 (en) | Method of anchoring a fastener to a mineral structural member | |
| US5433558A (en) | Self-tapping, and self-tapping and self-drilling, rock bolts | |
| CA2994061C (en) | Supporting method of an extensible reaming self-anchoring anchor rod | |
| CN101720379A (en) | A deformable rock bolt | |
| JP7092288B2 (en) | Structural reinforcement method | |
| RU2377410C9 (en) | Thread, anchor and drilling equipment of blast hole | |
| CN214887152U (en) | Complete recoverable end anchor structure stock | |
| RU2292459C1 (en) | Mine lining anchor | |
| KR20160131558A (en) | Post-installed concrete anchor with shear reinforcement | |
| EP1251238B1 (en) | Percussion rock drill | |
| RU153412U1 (en) | CUTTER FOR MOUNTAIN AND ROAD MACHINES | |
| RU2445439C1 (en) | Crown bit | |
| RU226463U1 (en) | Self-tapping anchor | |
| EP0029354A1 (en) | Anchoring of roof bolts | |
| CN208236329U (en) | The Hole drilling set of self tapping precession anchor pole end anchor structure | |
| RU2353776C1 (en) | Method for installation of anchor and device for implementation of this method | |
| RU166520U1 (en) | CUTTER FOR MOUNTAIN AND ROAD MACHINES | |
| AU2015201268A1 (en) | Self-drilling friction bolt | |
| CN110593260A (en) | Self-drilling type pre-stressed anchoring head and construction method thereof | |
| CN101157148B (en) | Replaceable cap for drilling bit or auger bit | |
| RU2543226C2 (en) | Method for enlargement and reaming of well shaft | |
| RU2520317C2 (en) | Pdc bit for horizontal well drilling | |
| RU106306U1 (en) | CUTTER FOR MOUNTAIN AND ROAD MACHINES |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification | ||
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 36-2009 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130630 |