RU2674038C1

RU2674038C1 - Friction rock stabiliser

Info

Publication number: RU2674038C1
Application number: RU2017122772A
Authority: RU
Inventors: Антон Анатольевич Зубков; Анатолий Евгеньевич Зубков; Ильдар Мухаметович Кутлубаев
Original assignee: Антон Анатольевич Зубков
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2018-12-04

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: invention relates to the mining industry and can be used to support roadways with friction rock stabilisers. Friction rock stabiliser includes a metal tube with a longitudinal slot along the entire length and with an external dimension of cross-section exceeding a hole size. At the front end, the stabiliser has a conical shape, and at the rear end there is a support assembly. When supporting roadways in rocks of medium and high hardness, the cross section of the tube is oval. Minor axis of the oval is made smaller than the hole size. Major axis of the oval exceeds the hole size. Longitudinal slot of the stabiliser is located in an area with the least curvature.EFFECT: technical result is the expansion of the functional capabilities of the device when supporting roadways in rocks characterized by fracturing and have liability to rock fall.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении выработок трубчатыми анкерами фрикционного типа, с использованием штатного оборудования для бурения шпуров. Кроме того, может быть применено для крепления любых поверхностей в породах средней и высокой прочности.The invention relates to the mining industry and can be used when attaching workings with friction-type tube anchors, using standard equipment for drilling holes. In addition, it can be used for fastening any surfaces in rocks of medium and high strength.

Известен анкер, включающий пустотелый стержень с замком, из продольно разрезанных стенок стержня и опорной плиты на выступающем конце при этом стержень снабжен дополнительными замками, которые размещены вдоль него с интервалом друг от друга, при этом каждый последующий замок в направлении выступающего конца стержня выполнен с площадью разрезов меньше предыдущих (см. а.с. СССР №968439, E21D 21/00).A known anchor, including a hollow core with a lock, from longitudinally cut walls of the core and the base plate at the protruding end, the core is provided with additional locks that are placed along it at intervals from each other, with each subsequent lock in the direction of the protruding end of the rod is made with an area sections less than the previous ones (see AS USSR No. 968439, E21D 21/00).

Недостатком известного устройства является низкая надежность. Анкерная крепь фиксируется в скважине за счет того, что производится сжатие пустотелого стержня с последующей потерей устойчивости замков и их деформацией в продольном направлении. Однако при нагружение анкерной крепи слоем пород на участке расположенном между первым замком, от дна скважины, и опорной плитой происходит растяжение пустотелого стержня. Как следствие, замки, расположенные в пределах этого участка раскрываются, давление на стенки скважины снижается, появляется возможность движения слоя пород, в направлении опорной плиты. Подвижность породы ведет к снижению надежности работы анкерной крепи.A disadvantage of the known device is its low reliability. Anchor support is fixed in the well due to the fact that the hollow core is compressed with the subsequent loss of stability of the locks and their deformation in the longitudinal direction. However, when loading the anchor support with a layer of rock in the area located between the first castle, from the bottom of the well, and the base plate, the hollow core is stretched. As a result, the locks located within this section open, the pressure on the walls of the well decreases, it becomes possible to move the rock layer in the direction of the base plate. The mobility of the breed leads to a decrease in the reliability of the anchor support.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является трубчатый анкер, включающий металлическую трубу с продольной прорезью по всей длине, смыкающуюся при внедрении трубы в шпур меньшего диаметра, конической формой переднего конца, опорный узел на заднем конце трубы (см. US №3922867, Е21D 21 /00).The closest analogue to the claimed object is a tubular anchor, including a metal pipe with a longitudinal slot along the entire length, closing when the pipe is inserted into a hole of a smaller diameter, with a conical shape of the front end, a support assembly at the rear end of the pipe (see US No. 3922867, E21D 21 / 00).

Недостатком известного решения является ограниченные функциональные возможности.A disadvantage of the known solution is limited functionality.

Трубчатый анкер не может использоваться для крепления выработок со средней прочностью пород. В процессе установки анкерной крепи стенки прорези создают сосредоточенную нагрузку и врезаются в породу. При этом уменьшается величина упругой деформации стержня, что ведет к уменьшению усилий на поверхности контакта стержень - шпур. Уменьшается величина силы трения, обеспечивающая несущую способность. Снижение несущей способности веден к ограничению возможности использования трубчатых анкеров для крепления выработок в породах средней прочности.A tubular anchor cannot be used to secure workings with medium rock strength. During the installation of the anchor support, the walls of the slot create a concentrated load and cut into the rock. In this case, the elastic deformation of the rod decreases, which leads to a decrease in the forces on the contact surface of the rod - hole. The value of the friction force, which provides the bearing capacity, is reduced. The decrease in bearing capacity leads to a limitation of the possibility of using tubular anchors for fastening workings in medium-strength rocks.

При бурении шпуров в породах высокой прочности имеет место непостоянство диаметра шпуров, их постепенное уменьшение, обусловленное износом буровой коронки. Как следствие, в шпурах, выполняемых одной и той же буровой коронки, разность диаметров стержня, в исходном состоянии, и диаметра шпура увеличивается. Это ведет к деформации стенок стержня превышающих номинальное значение. В результате действующие напряжения в стенках стержня превосходят предел текучести. Стержень деформируется пластически, что ведет к снижению усилий действующих на шпур, уменьшению силы трения и несущей способности анкерной крепи.When drilling holes in rocks of high strength there is a variability in the diameter of the holes, their gradual decrease due to wear of the drill bit. As a result, in holes made by the same drill bit, the difference between the diameters of the rod, in the initial state, and the diameter of the hole increases. This leads to deformation of the walls of the rod exceeding the nominal value. As a result, the acting stresses in the walls of the rod exceed the yield strength. The rod is deformed plastically, which leads to a decrease in the forces acting on the hole, a decrease in the friction force and the bearing capacity of the anchor support.

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширение функциональных возможностей.The technical problem, the solution of which the utility model is aimed at, is to expand the functionality.

Техническая задача решается тем, что в известном трубчатом анкере, включающем металлическую трубу с продольной прорезью по всей длине, внешним размером поперечного сечения, превышающим диаметр шпура, конической формой переднего конца, опорным узлом на заднем конце, поперечное сечение трубы выполнено овальным, малая ось меньше диаметра шпура, а продольная прорезь расположена на участке с наименьшей кривизной.The technical problem is solved in that in the known tubular anchor, including a metal pipe with a longitudinal slot along the entire length, an external cross-sectional dimension greater than the borehole diameter, a conical shape of the front end, a support assembly at the rear end, the pipe cross section is oval, the minor axis is smaller the diameter of the hole, and a longitudinal slot is located in the area with the least curvature.

Выполнение поперечного сечения трубы некруглого сечения известно (см. патент РФ №1321827, E21D 21/00). В известном решении анкер включает тонкостенный, пустотелый стержень криволинейного поперечного сечения, с длиной периметра меньше периметра скважины. Кроме того, зазор между стенками стержня и скважины заполняется скрепляющим материалом.The cross-section of a non-circular pipe is known (see RF patent No. 1321827, E21D 21/00). In a known solution, the anchor includes a thin-walled, hollow core with a curved cross-section, with a perimeter length shorter than the well perimeter. In addition, the gap between the walls of the rod and the well is filled with a bonding material.

Недостатком технического решения является, сложность реализации и недостаточная нагрузочная способность.The disadvantage of the technical solution is the difficulty of implementation and insufficient load capacity.

Согласно решению скважину, до введения стержня, заполняют скрепляющим материалом. Последующее введение стержня требует значительного усилия обусловленного двумя факторами. При вытеснении стержнем скрепляющего материала возникает значительное гидравлическое сопротивление (движение среды через малый зазор стержень - скважина). Кроме того необходимо усилие достаточное для деформации замкнутого профиля стержня.According to the decision, the well, before the introduction of the rod, is filled with fastening material. Subsequent insertion of the rod requires considerable effort due to two factors. During the displacement of the bonding material by the rod, significant hydraulic resistance arises (the movement of the medium through the small gap between the rod and the well). In addition, sufficient force is needed to deform the closed profile of the rod.

При длинных анкерах, более 1 м, это приведет к потере устойчивости анкера при установке. Исключение потери устойчивости требует увеличения толщины стенки, что сопряжено с увеличением усилия необходимого для поперечной деформации стержня.With long anchors, more than 1 m, this will lead to loss of stability of the anchor during installation. The exclusion of loss of stability requires an increase in wall thickness, which is associated with an increase in the force required for lateral deformation of the rod.

Кроме того, анкера по данному техническому решению имеют недостаточную нагрузочную способность. Это обусловлено малой толщиной стенки, с длиной периметра меньше периметра скважины, и как следствие малой площадью поперечного сечения.In addition, the anchors for this technical solution have insufficient load capacity. This is due to the small wall thickness, with a perimeter length shorter than the perimeter of the well, and as a consequence of the small cross-sectional area.

В заявляемом устройстве длина периметра овального поперечного сечения не ограничена длиной периметра шпура. При длине периметра стержня больше периметра шпура, при введении в шпур может происходить наложение стенок прорезей, за счет незамкнутого профиля поперечного сечения.In the inventive device, the length of the perimeter of the oval cross-section is not limited to the length of the perimeter of the hole. When the length of the perimeter of the rod is greater than the perimeter of the hole, when introduced into the hole, overlapping walls may occur due to the open cross-sectional profile.

Кроме того, стержень не должен выполняться тонкостенным, т.к. поперечная деформация, даже при большой толщине обеспечивается не замкнутостью контура.In addition, the rod should not be thin-walled, because lateral deformation, even with a large thickness, is ensured by non-closed contour.

Как следствие стержень по предлагаемому техническому решению имеет большую площадь поперечного сечения, что обеспечивает большую нагрузочную способность.As a result, the rod according to the proposed technical solution has a large cross-sectional area, which provides a large load capacity.

Выполнение малой оси овала меньше диаметра шпура известно (см. патент РФ №1063940, E21D 21/00). Трубчатый анкер состоит из тонкостенной трубы, головная часть которой выполнена с круглым поперечным сечение, и диаметром меньше диаметра шпура. А остальная часть трубы имеет овальную форму поперечного сечения. При этом размер овала по малой оси выполнен меньше диаметра шпура. Кроме того, длина периметра поперечного сечения стержня выполняется равной длине периметра шпура.The implementation of the minor axis of the oval less than the diameter of the hole is known (see RF patent No. 1063940, E21D 21/00). The tubular anchor consists of a thin-walled pipe, the head of which is made with a round cross section, and with a diameter less than the diameter of the hole. And the rest of the pipe has an oval cross-sectional shape. The size of the oval along the minor axis is made smaller than the diameter of the hole. In addition, the length of the perimeter of the cross section of the rod is equal to the length of the perimeter of the hole.

В силу возможности реализации технического решения только в виде тонкостенной трубы, нагрузочная способность трубчатого анкера недостаточно высокая, что исключает возможность ее использования в породах средней и низкой прочности, характеризующихся трещиноватостью и высокой склонностью к вывалам.Due to the feasibility of implementing the technical solution only in the form of a thin-walled pipe, the load capacity of the tubular anchor is not high enough, which excludes the possibility of its use in rocks of medium and low strength, characterized by fracturing and a high tendency to fall out.

При этом выполнение периметра внешней поверхности сечения анкера равной длине периметра шпура, ограничивает использование технического решения. Соблюдение данного отличительного признака возможно только при постоянной замене буровой коронки. При ее небольшом износе диаметр шпура уменьшается, что ведет к уменьшению длины периметра поверхности шпура и невозможности установки анкера.Moreover, the perimeter of the outer surface of the cross section of the anchor equal to the length of the perimeter of the hole, limits the use of technical solutions. Compliance with this distinguishing feature is only possible with constant replacement of the drill bit. With its slight wear, the diameter of the hole decreases, which leads to a decrease in the length of the perimeter of the surface of the hole and the inability to install the anchor.

В предлагаемом техническом решении стенки трубы могут выполняться с большей толщиной, что обеспечивает большую нагрузочную способность.In the proposed technical solution, the pipe walls can be made with a larger thickness, which provides a greater load capacity.

Кроме того, анкер предлагаемой конструкции может использоваться и при бурении шпуров изношенной коронкой. В этом случае разность диаметров компенсируется величиной деформации продольной прорези.In addition, the anchor of the proposed design can be used when drilling holes with a worn-out crown. In this case, the difference in diameters is compensated by the magnitude of the deformation of the longitudinal slot.

Выполнение продольной прорези на участке овального поперечного сечения с наименьшей кривизной в открытых источниках не обнаружено.The execution of a longitudinal slot in the oval cross section with the least curvature in open sources was not found.

Полезная модель поясняется изображениями.The utility model is illustrated by images.

На фиг. 1 представлен общий вид трубчатого анкера.In FIG. 1 shows a general view of a tubular anchor.

На фиг. 2 изображено сечение А-А.In FIG. 2 shows a section AA.

Вариант осуществления полезной моделиUtility Model Embodiment

Трубчатый анкер содержит металлическую трубу 1, опорный узел, выполненный в виде кольца 2, приваренного на заднем конце трубы 3 (фиг. 1). Передний конец трубы 1 имеет коническую форму 4. Форма поперечного сечения трубы овальная. Соответственно с большой осью 5 и малой осью 6 (фиг. 2). В трубе 1 выполнена, по всей длине, продольная прорезь 7. Продольная прорезь 7 выполнена на участке 8, имеющем наименьшую кривизну.The tubular anchor contains a metal pipe 1, a support unit made in the form of a ring 2 welded to the rear end of the pipe 3 (Fig. 1). The front end of the pipe 1 has a conical shape 4. The cross-sectional shape of the pipe is oval. Accordingly, with the major axis 5 and minor axis 6 (Fig. 2). In the pipe 1 is made, along the entire length, a longitudinal slot 7. A longitudinal slot 7 is made in the section 8 having the smallest curvature.

В переднем конце 4, металлической трубы 1, выполнена прорезь 9, оппозитно прорези 7. Участок 10, расположенный противоположно участку 8, выполняется без прорези.At the front end 4 of the metal pipe 1, a slot 9 is made, opposite the slot 7. A portion 10 located opposite the portion 8 is made without a slot.

Стенки 11 и 12 прорези 7 располагаются в пределах участка 8.The walls 11 and 12 of the slot 7 are located within the area 8.

Размер оси 5 поперечного сечения трубы 1 (большая ось овала) превышает диаметр шпура D. В связи с этим части овальной поверхности 13 и 14, расположенные на сторонах большей оси овала, находятся, в исходном положении, за контуром шпура.The size of the axis 5 of the cross section of the pipe 1 (the major axis of the oval) exceeds the diameter of the hole D. In this regard, the parts of the oval surface 13 and 14 located on the sides of the major axis of the oval are, in the initial position, beyond the contour of the hole.

Малая ось 6 овала имеет величину меньше диаметра шпура D, в который устанавливается трубчатый анкер и как следствие стенки 11 и 12, прорези 7 не контактируют со стенками шпура.The minor axis 6 of the oval has a value less than the diameter of the hole D, into which the tubular anchor is installed and, as a consequence, the walls 11 and 12, the slots 7 do not contact the walls of the hole.

Трубчатый анкер функционирует следующим образом.The tubular anchor operates as follows.

При установке трубчатого анкера передний конец 4 вводится свободно в шпур. При дальнейшей установке в контакт со стенками шпура входят части овальной поверхности 13 и 14, поперечного сечения трубы 1. Это обусловлено тем, что размер 5, поперечного сечения трубы 1, больше диаметра шпура D. Создается распределенной давление по поверхностям частей 13 и 14, в результате которого происходит упругая деформация стержня на участке 10. Этому способствует наличие продольной прорези 7. При этом части 13 и 14 сближаются. Ширина прорези 7 уменьшается.When installing the tubular anchor, the front end 4 is inserted freely into the hole. Upon further installation, the parts of the oval surface 13 and 14, the cross section of the pipe 1, come into contact with the walls of the hole. This is due to the fact that the size 5, the cross section of the pipe 1, is larger than the diameter of the hole D. A pressure is created over the surfaces of parts 13 and 14, The result of which is the elastic deformation of the rod in section 10. This is facilitated by the presence of a longitudinal slot 7. In this case, parts 13 and 14 converge. The width of the slot 7 is reduced.

Площадь контакта поверхностей частей 13 и 14 имеет значительную величину. В связи с этим величина распределенного давления не приводит к разрушению стенок шпура имеющих среднюю прочность.The contact area of the surfaces of parts 13 and 14 is significant. In this regard, the value of the distributed pressure does not lead to the destruction of the walls of the borehole having medium strength.

Благодаря тому, что величина малой оси 6 меньше диаметра шпура D стенки прорези 7 не взаимодействуют со стенками шпура. Исключается их внедрение в стенки шпура и изменение величины расчетной деформации стержня 1. Сохраняется заданная величина упругой деформации трубы 1 и создание требуемой величины нагрузки на поверхности контакта труба 1 - шпур. Это позволяет крепить поверхности выработок в породах средней прочности.Due to the fact that the magnitude of the minor axis 6 is less than the diameter of the hole D, the walls of the slot 7 do not interact with the walls of the hole. Their introduction into the borehole walls and a change in the value of the calculated deformation of the rod 1 are excluded. The set value of the elastic deformation of the pipe 1 and the creation of the required load on the contact surface of the pipe 1 - borehole are saved. This allows you to fix the surface of the workings in the rocks of medium strength.

При уменьшении диаметра шпура в породах высокой прочности, вследствие текущего износа буровой коронки, происходит увеличение степени деформации участка 10. В силу его значительной протяженности дополнительная деформация, по сравнению с расчетной, не ведет в возникновению пластических изменений в металле. Сохраняется упруго деформированное состояние, уровень силового взаимодействия участков 13, 14 со стенками шпура и несущая способность трубчатого анкера.With a decrease in the diameter of the hole in high-strength rocks, due to the current wear of the drill bit, the degree of deformation of section 10 increases. Due to its considerable extent, additional deformation, in comparison with the calculated one, does not lead to plastic changes in the metal. An elastically deformed state is maintained, the level of force interaction of sections 13, 14 with the walls of the hole and the bearing capacity of the tubular anchor.

Таким образом, предлагаемое технические решения обеспечивает расширение возможностей за счет крепление выработок в породах средней и высокой прочности.Thus, the proposed technical solutions provide the expansion of opportunities due to the fastening of the workings in the rocks of medium and high strength.

Claims

Tubular anchor, including a metal pipe with a longitudinal slot along the entire length, with an external cross-sectional dimension exceeding the borehole diameter, a conical shape of the front end, a support assembly at the rear end, characterized in that when the workings are fastened in medium and high strength rocks, the pipe cross section made oval, the small axis of the oval is smaller than the diameter of the hole, the large axis of the oval exceeds the diameter of the hole, and the longitudinal slot is located on the site with the least curvature.