SK6482002A3 - Frictional rock bolt - Google Patents

Description

Trecí horninový svorník.

Oblasť techniky.

Vynález sa týka konštrukčného riešenia trecieho horninového svorníka na spevňovanie a kotvenie horninového masívu, najmä pri tunelovaní a razení podzemných diel.

Doterajší stav techniky.

Existuje rad rôznych typov svorníkov na spevňovanie a kotvenie hornín, t.j. na udržanie súdržnosti horninového masívu, ktorého súdržnosť je zvolňovaná pri tunelovaní, razení podzemných diel a vykonávaní niektorých zemných prác. Jednu konkrétnu skupinu svorníkov tvoria trecie (fikčné) horninové svorníky, ktoré sa zapravujú do vrtov v horninovom masíve a súdržnosť horniny zaisťujú vyvodením trecej sily kotevnej časti svorníka o stenu vrtu. Komerčne najznámejší v tejto skupine svorníkov je trecí horninový svorník typu Swellex.. Známe sú rovnako svorníky s komerčnými názvami Split-set, Rock-Nail, Cotter-pin, Pipe anchor, Pipe bolt a BOLTEX. K najnovším riešeniam trecích svorníkov sa radí potom systém horninových svorníkov podľa medzinárodnej patentovej prihlášky č. PCT/AU91/00315. Všetky tieto známe trecie horninové svorníky majú jeden hlavný spoločný znak, ktorým je technické riešenie kotevnej časti, ktorá je tvorená jednou rúrkou rôzneho prierezu a to buď uzatvoreného alebo otvoreného, pozdĺžne rôznym tvarom zboreného alebo premačknutého. Kotviaci účinok je pri týchto známych svorníkoch dosiahnutý trecou silou na obvodovej ploche týchto rúrkovitých telies vyvodzovanou expanziou rúrky. Trecí odpor v dôsledku expanzie je využívaný buď v mieste priameho dotyku expandovanej rúrky so stenou vrtu, alebo sprostredkovane prostredníctvom ďalšieho rozperného plášťa okolo expanznej rúrky, ktorý je tvorený napríklad pozdĺžne rozrezanou rúrkou. Nevýhodou tohto známeho konštrukčného systému trecích horninových svorníkov je ich limitovaná pevnosť t.j. únosnosť svorníkov. Únosnosť svorníka ja závislá na veľkosti prierezu expanznej rúrky kotevnej časti, prípadne zväčšeného o rozperný plášť a na pevnosti ocele expanznej rúrky a rozperného plášťa. Voľba veľkosti prierezu expanznej rúrky je pritom rovnako obmedzená možným priemerom rúrky pre daný vrt a hrúbkou steny jej plášťa dovoľujúcou expanziu rúrky vo vrte privedeným tlakovým médiom pri kotvení svorníka. Dosiahnuteľná únosnosť týchto svorníkov je často nedostatočná pre ich použitie v náročných geologických pomeroch. Využívaním kvalitnejších ocelí na výrobu expanzných rúrok svomíkových telies je síce možné únosnosť svorníka zvýšiť, ale len do určitej medze z týchto dôvodov. Kvalitnejšie ocele s vyššou pevnosťou sú drahšie, čím sa zväčšuje cena svorníka s vyššou únosnosťou. Kvalitnejšie ocele s vyššou pevnosťou sa však vyznačujú horšou tvárnosťou, čo sťažuje jednak výrobu zborených tvarov expanzných rúrok svomíkových telies z kvalitnejších ocelí, ale aj ich expanziu vo vrte do potrebného objemu.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody odstraňuje nové konštrukčné riešenie trecieho horninového svorníka podľa tohto vynálezu. Riešenie vychádza zo známej fyzikálnej skutočnosti, že veľkosť trecieho odporu medzi dvomi dotýkajúcimi sa telesami nie je závislá na veľkosti styčných plôch telies, ale len na prítlačnej sile pôsobiacej medzi nimi a koeficiente trenia styčných plôch telies. Podstata riešenia trecieho horninového svorníka podľa vynálezu, ktorý obsahuje kotevnú časť a hlavovú časť alebo iba kotevnú časť, spočíva v tom, že jeho kotevná časť je tvorená jednou alebo väčším počtom združených tyčí s plným prierezom a paralelne priľahlým rozpínacím elementom na pritlačenie tyče alebo tyčí ku stene vrtu. Ďalej je podstatou riešenia to, že prítlačný rozpínací element tyčí je tvorený uzatvorenou rúrkou, ktorá je opatrená plniacou koncovkou a na umiestnenie každej kotevnej tyče pozdĺžne vyvalcovaným zborením prierezu rúrky v tvare žliabku. Podstatou riešenia podľa vynálezu je rovnako to, že tyč môže byť na konci svojej hlavovej časti opatrená závitom pre maticu a prítlačnou podložkou a že v uskutočnení kotevnej časti svorníka s dvomi a viacerými kotevnými tyčami sú ich konce v hlavovej časti a plniaca koncovka rozpínacieho elementu uchytené v spoločnom sedle, že tyče s rozpínacím elementom môžu byť spolu spojené v hlavovej časti plniacej koncovky rozpínacieho elementu, pričom povrch kotevných tyčí môže byť opatrený rebrovaním na zvýšenie kotevného účinku.

Riešenie trecieho horninového svorníka podľa vynálezu je evidentne značne výhodnejšie oproti doteraz známym riešeniam, lebo sa ním umožňuje dosiahnuť teoreticky neobmedzená nosnosť svorníka. Pri reálne dosiahnuteľnom koeficente trenia 1, rebrovaním povrchu tyčí kotevnej časti svorníka bude projektovanie výšky jeho nosnosti limitované prakticky len maximálne možným počtom tyčí kotevnej Časti svorníka umiestniteľných spolu s expanzným elementom do vrtu. Na základe tohto riešenia je možné vytvoriť celú novú generáciu trecích horninových svorníkov s pomerne presne projektovanou potrebnou nosnosti. Tieto budú mať všetky výhody jednak súčasných trecích svorníkov, tzn. rýchle, spoľahlivé a účinné kotvenie a jednak výhody veľkej nosnosti súčasných tyčových svorníkov a možnosťou využitia akéhokoľvek materiálu plného prierezu.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na pripojených výkresoch je znázornené niekoľko príkladných uskutočnení trecieho horninového svorníka podľa vynálezu umiestnených vo vrte spevňovanej horniny. Na obr. 1 je v priečnom reze svorník tvorený jednou tyčou a hydraulickým expanzným elementom v tvare polmesiaca pred expanziou. Obr. 2 znázorňuje v priečnom reze svorník podľa obr. 1 po expanzii hydraulického expanzného elementu. Obr. 3 znázorňuje v priečnom reze svorník s tromi tyčami a hydraulickým expanzným elementom v tvare trojlístka pred expanziou. Na obr. 4 je znázornený svorník podľa obr. 3 po expanzii hydraulického expanzného elementu. Obr. 5 znázorňuje v priečnom reze svorník so štyrmi tyčami a hydraulickým expanzným elementom v tvare štvorlístka pred expanziou. Na obr. 6 je znázornený svorník podľa obr. 5 po expanzii hydraulického expanzného elementu. Obr. 7 znázorňuje v priečnom reze svorník s jednou tyčou a chemickým expanzným elementom v tvare polmesiaca pred expanziou. Na obr. 8 je znázornený svorník podľa obr. 7 po expanzii chemického expanzného elementu. Na obr. 9 je znázornený v priečnom reze svorník podľa obr. 2 alebo obr. 8. Obr. 10 znázorňuje v pozdĺžnom reze svorník v situácii podľa obr. 4. Na obr. 11 je znázornený v pozdĺžnom reze svorník v situácii podľa obr. 6.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Trecí horninový svorník podľa vynálezu má ako každý iný svorník kotevnú časť umiestnenú vo vrte a hlavovú časť pred ústim vrtu. V najjednoduchšom uskutočnení je kotevná časť svorníka tvorená jednou tyčou 1 z guľatiny plného prierezu a rozpínacím elementom 2, ktorým je tenkostenná rúrka 3, ktorej kruhový prierez je valcovaním zborený do tvaru polmesiaca tak, že je na nej vytvorený pozdĺžny žliabok 4 v ktorom je priľahlo umiestnená táto tyč 1, ako je znázornené na obr. 1 a 7. Rúrka 3 je na konci kotevnej časti svorníka zaslepená zvarom a v hlavovej časti svorníka opatrená plniacou koncovkou 5 a tyč 1 vonkajším závitom 6 s maticou 11 na pritiahnutie podložky 12 na prekrytie ústia vrtu 13, ako je znázornené na obr. 9. Na dosiahnutie väčšej nosnosti trecích svorníkov je ich kotevná časť tvorená väčším počtom tyčí 1 plného prierezu napr. tromi alebo štyrmi a jedným paralelne priľahlým rozpínacím elementom 2. V tomto prípade ním bude rovanko uzatvorená tenkostenná rúrka 3, avšak so zboreným prierezom v tvare trojlístka, štvorlístka alebo viaclístka. V ich žliabkoch 4 je umiestnený zodpovedajúci počet tyčí 1, podobne ako pri uskutočnení kotevnej časti svorníka s jednou tyčou 1 ako je znázornené na obr. 3 a 5. Tyče 1 spolu s plniacou koncovkou 5 rúrky 3 sú príkladne uchytené v spoločnom sedle 7 guľovitého tvaru, ktorým je pritlačená podložka 12 na ústie vrtu 13, ako je znázornené na obr. 10. Vzájomné spojenie tyčí 1 s rozpínacím elementom 2, to je rúrkou 3 je možné uskutočniť objímkou 8 na konci kotevnej časti svorníka a hlavicou 9 plniacej koncovky 5 rúrky 3, ako je znázornené na obr. 11, alebo iba hlavicou 9. Rozpínací element 2 vo forme rúrky 3 ako je opísané vyššie je rozpínaný hydraulicky pomocou tlakovej vody do tvarov znázornených na obr. 2, 4 a 6. Môže byť rozpínaný tiež médiom v rúrke 3 v tvare podľa obr. 7 expandujúcim chemickou reakciou a spôsobujúci jej roztiahnutie do tvaru ako je znázornený na obr. 8. Rozpínací element 2 môže byť uskutočnený pre zvláštne podmienky vo forme mechanického prítlačného zariadenia, napr. ako skrutka s prítlačnými klinmi alebo čeľusťami. Privedeným hydraulickým médiom do rúrky 3 alebo reakciou chemického média v rúrke 3 dôjde ku zväčšeniu jej objemu a tým k pritlačeniu tyče alebo tyčí 1 ku stene vrtu 13. Pri uskutočnení kotevnej časti svorníka s jednou tyčou 1 a so štyrmi tyčami 1 dôjde k roztiahnutiu rúrky 3 natoľko, že sa rovnako táto pritlačí ku stene vrtu 13 ako je znázomnené na obr. 2, 6 a 8. Týmto sa zväčší styčná plocha svorníka s otvorom 13, čo sa prejaví zmenšením možnosti jeho preklzu v otvore 13. Trecími svorníkmi podľa vynálezu sa dosiahne kotevný účinok, ktorý je úmerný súčtu pevostí tyčí 1 a rozpínacieho elementu 2 a koeficientu trenia ich styčných plôch. Najvyšší koeficient trenia je pritom možno dosiahnuť použitím tyčí 1 a rebrovaným povrchom ako je znázornené na obr. 3, 4, 7, 8, 9 a 10, napr. vyrobených z rebierkovej ocele.

Priemyselná využiteľnosť

Riešenie podľa vynálezu je využiteľné pri konštrukcii dokonalejších trecích horninových svorníkov na spevňovanie a kotvenie hornín. Vynález je preto použiteľný pri výrobe tyčových vystužovacích zariadení potrebných v rudnom a uhoľnom baníctve a podzemnom staviteľstve hlavne pri výstavbe tunelov a podzemných diel a spevňovaní svahov.

Claims (6)

1. Trecí horninový svorník obsahujúci kotevnú časť a hlavovú časť alebo iba kotevnú časť, vyznačujúci sa tým, že kotevná časť svorníka je tvorená najmenej jednou tyčou (1) plného prierezu s rozpínacím elementom (2) paralelene priľahlým k tyči (1) na jej pritlačenie ku stene vrtu (13).

2. Trecí horninový svorník podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že rozpínacím elementom (2) je uzatvorená rúrka (3), ktorá je opatrená pre umiestnenie každej tyče (1) pozdĺžnym zborením prierezu rúrky (3) v tvare žliabku (4) a plniacou koncovkou (5) v hlavovej časti svorníka.

3. Trecí horninový svorník podľa nárokov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že koniec tyče (1) je v hlavovej časti opatrený vonkajším závitom (6).

4. Trecí horninový svorník podľa nárokov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že pri kotevnej časti svorníkov s dvomi a viacej tyčami (1) sú ich konce v hlavovej časti a plniaca koncovka (5) rozpínacieho elementu (2) uchytené v spoločnom sedle (7).

5. Trecí horninový svorník podľa nárokov 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že pri kotevnej časti svorníka s dvomi a viacej tyčami (1) sú tyče (1) spolu s rozpínacím elementom (2) spojené v hlavovej časti svorníka hlavicou (9) plniacej koncovky (5) rozpínacieho elementu (2).

6. Trecí horninový svorník podľa nárokov 1 až 3 alebo 1,2 až 4 alebo 1, 2 a 5 vaznačujúci sa tým, že tyč (1) kotevnej časti svorníka je na svojom povrchu opatrená rebrovaním (10) na zvýšenie kotevného účinku.