КАНАТНЫЙ АНКЕР
CABLE ANCHOR

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к анкерам глубокого заложения для крепления контура выработок.
Известен гибкий анкер [1], содержащий грузонесущий канат, включающий на головном конце опорный элемент в виде опрессованной вокруг каната втулки со скошенным под острым углом торцом, взаимодействующим с таким торцом смежной неопрессованной скобы, и соединенный на хвостовом конце с опорной муфтой в ее осевом коническом отверстии посредством клина, выполненного в виде шариков, взаимодействующих с внешней поверхностью каната.
Недостаток такого анкера состоит в сложности конструкции опорной муфты, невозможности подачи закрепляющего материала через осевое отверстие в муфте, что осложняет нагнетание раствора под давлением, большим давления воды в скважине из-за недостаточной ее герметизации в устье.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является канатный анкер [2], включающий грузонесущий канат с головной частью, воздухоотводящей трубкой, закрепленной на канате, и хвостовой частью, размещенной в направляющей трубе герметизатора, присоединенной к торцу опорной муфты, в осевом отверстии которой посредством конической клиновой втулки с цилиндрическим окончанием в цилиндрической части опорной муфты, противоположный конец которой снабжен монтажной гайкой с обратным клапаном. В анкере конец воздухоотводящей трубки выведен наружу через отверстие в боковой стенке направляющей трубы герметизатора.
Недостаток анкера состоит в том, что воздухоотводящую трубку, выведенную наружу через отверстие в боковой стенке направляющей трубы трудно герметизировать. Воздухоотводящая трубка увеличивает диаметр направляющей трубы герметизатора и шпура. Кроме того, при водопритоках из шпура 30÷60 л/мин воздухоотводящая трубка становится водоотводящей. В таком случае она должна управлять избыточным давлением воды. В устройстве такого управления нет. Тогда при нагнетании в шпур раствора минеральной композиции последний будет разбавляться водой и изменять свои механические свойства и скорость твердения. Создаваемое водой давление не будет герметизироваться на выходе воздухоотводящей трубки через стенки направляющей трубы герметизатора. Вывод воздухоотводящей трубки через стенки направляющей трубы затрудняет устройство герметизатора, усложняет его конструкцию, увеличивает диаметр герметизатора и шпура.
Целью предлагаемого изобретения является создание управляемого воздухоотвода, упрощение конструкции герметизатора, уменьшение его диаметра.
Указанная цель достигается тем, что канатный анкер, включающий помещенный в шпур для взаимодействия с закрепляющим материалом и стенками шпура грузонесущий канат, хвостовая часть которого расположена в осевом отверстии опорной муфты посредством охватывающей центральную прядь грузонесущего каната втулки с конической поверхностью, переходящей в цилиндрическую, помещенную в цилиндрической части осевого отверстия опорной муфты, на внешней резьбовой поверхности которой помещена опорная гайка, герметизатор в виде толкателя цилиндрической формы, упругую втулку, пробку с отверстием для нагнетания закрепляющего материала и обратным клапаном, снабжен направляющей трубой, через которую проходит хвостовая часть грузонесущего каната, воздухоотводящей трубкой, монтажной гайкой, стаканом толкателя, при этом направляющая труба установлена герметично в кольцевой проточке торца опорной муфты, которая подпирает посредством опорной гайки стакан толкателя, охватывающего направляющую трубу и подпирающего торец упругой втулки, размещенной на поверхности направляющей трубы и опертой противоположным торцом в торец стальной втулки, закрепленной на направляющей трубе, при этом центральную прядь грузонесущего каната в направляющей трубе охватывает трубка, на поверхности которой размещены наружные пряди грузонесущего каната вместе с воздухоотводящей трубкой, которая вместе с наружными прядями грузонесущего каната охватывает коническую втулку и пропущена герметично через отверстие для воздухоотводящей трубки в пробке, которая присоединена к торцу опорной муфты посредством монтажной гайки, навинченной ниже опорной гайки, а отверстие для нагнетания закрепляющего материала в пробке с внутренней стороны перекрыто установленным между пробкой и опорной муфтой обратным клапаном лепесткового типа, а с наружной стороны посредством трубки для нагнетания закрепляющего материала связано с быстроразъемным соединением, связанным, в свою очередь, с нагнетательным рукавом.
Дополнительно отверстие для воздухоотводящей трубки в пробке выполнено уступной формы с резьбовой частью, в которую ввинчен штуцер, подпирающий уплотнительное кольцо, в осевом отверстии которого размещен конец воздухоотводящей трубки и жало заглушки, соединенной со штуцером с возможностью перекрытия отверстия воздухоотводящей трубки жалом.
В направляющей трубе герметизатора на центральной пряди трубка предназначена для увеличения диаметра и соответственно поверхности центральной пряди грузонесущего каната. Наружные пряди размещаются на трубке с зазорами, достаточными для помещения на поверхности воздухоотводящей трубки. Последняя укладывается между прядями грузонесущего каната. Это позволяет уменьшить диаметр направляющей трубы герметизатора и соответственно шпура. Это решение позволяет поместить герметизатор в шпуре диаметром 30 мм при нагнетательном и ампульно-нагнетательном способах закрепления канатного анкера.
Обратный клапан лепесткового типа предназначен для герметичного присоединения к торцу опорной муфты пробки монтажной гайки, а также для перекрытия отверстия для нагнетания в пробке после завершения нагнетания закрепляющего материала в шпур через безрезьбовое соединение, дополнительное отверстие в пробке, зазоры между прядями грузонесущего каната в опорной муфте и направляющей трубы герметизатора.
Стакан на поверхности муфты, подпертый опорной гайкой, толкатель, упругая труба на поверхности направляющей трубы с втулкой, ограничивающей осевое перемещение упругой втулки, представляет собой механический герметизатор. При перемещении по направляющей трубе толкателя упругая втулка деформируется в осевом направлении. Продольные деформации приводят к увеличению диаметра упругой втулки, перекрытию зазора между поверхностью шпура и поверхностью упругой втулки, таким образом герметизируя устье шпура.
В процессе заполнения шпура закрепляющим материалом под давлением воздух вытесняется из шпура и выходит в атмосферу по воздухоотводящей трубке. После вытеснения воздуха закрепляющий материал устремляется по воздухоотводящей трубке. Для герметизации устья воздухоотводящей трубки в отверстии для воздухоотводящей трубки пробки уступной формы с резьбой установлен штуцер с уплотнительным кольцом, обжимающим герметично конец воздухоотводящей трубки. В отверстие штуцера установлена заглушка с жалом, соединенная резьбой со штуцером.
В донной части содержится жало цилиндрическо-конической формы. При ввинчивании в штуцер заглушки ее жало может перекрывать проходное сечение воздухоотводящей трубки при протекании через нее закрепляющего материала.
В предлагаемом изобретении решена задача герметизации устья шпура малого диаметра, в котором помещен канатный анкер. Конструктивное исполнение этого решения, заключающееся в образовании между наружными прядями зазора и помещении в них воздухоотводящей трубки на интервале направляющей трубы герметизатора, позволяет снизить диаметр этой трубы и поместить на внешней поверхности упругую втулку с зазором между поверхностью шпура и упругой втулкой, а также цилиндрическим толкателем, с возможностью задания осевых деформаций упругой втулки при вращении опорной гайки на опорной муфте. Благодаря данному конструктивному решению создается возможность закрепления канатного анкера нагнетательным и ампульно-нагнетательным способом в шпуре малого диаметра, что сокращает затраты на бурение. При ампульно-нагнетательном способе вначале анкер закрепляется ампулами в донной части шпура путем вращения и подачи анкера в шпур, в который предварительно ввели ампулы с закрепляющим материалом. Остальную часть шпура заполняют раствором нагнетанием. Кольцевой зазор между поверхностью герметизатора и стенками шпура позволяет осуществить закрепление канатного анкера в шпуре вращением с подачей.
Анализ источников информации позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение обладает признаками новизны и полезности.
Сущность предложения поясняется чертежами.
На Фиг.1 представлен общий вид канатного анкера в сборе с монтажной гайкой и пробкой.
На Фиг.2 - разрез хвостовика канатного анкера с герметизатором, опорной муфтой и с пробкой.
На Фиг.3 - разрез А-А Фиг.2.
Канатный анкер включает грузонесущий канат 1 (Фиг.1) с проволочным шнеком 2, винтом 3 на головном конце. Хвостовая часть грузонесущего каната 1 (Фиг.2) проходит через направляющую трубу 4. На внешнюю поверхность направляющей трубы 4 надета упругая (например, резиновая) втулка 5 между втулкой 6, закрепленной на трубе 4, и толкателем 7. Направляющая труба 4 установлена герметично в кольцевой проточке торца опорной муфты 8, на внешней резьбовой поверхности которой помещена опорная гайка 9, подпирающая стакан 10 толкателя 7. Толкатель 7 выполнен цилиндрической формы и предназначен для деформирования в осевом направлении упругой втулки 5 вращением опорной гайки 9. Концы прядей грузонесущего каната 1 закреплены в осевом отверстии опорной муфты 8 конической втулкой 11 с цилиндрическим окончанием. Коническая втулка 11 охватывает центральную прядь грузонесущего каната 1. Поверхность осевого отверстия опорной муфты имеет коническую форму с цилиндрическим окончанием как и коническая втулка 11, выполняющая функцию клина. Внешнюю поверхность конической втулки 11 охватывают наружные пряди грузонесущего каната 1 с образованием зазоров между прядями. Через один из зазоров пропущена воздухоотводящая трубка 12.
На интервале направляющей трубы 4 на центральную прядь каната надета трубка 13, предназначенная для образования зазоров между наружными прядями грузонесущего каната 1 (Фиг.3). В одном из зазоров помещена воздухоотводящая трубка 12. За пределами направляющей трубы 4 она закреплена на канате обвивкой вокруг каната и хомутами. Противоположный конец выступает за пределы опорной муфты 8 и входит в отверстие для воздухоотводящей трубки пробки 14 монтажной гайки 15 (Фиг.2). Это отверстие выполнено уступной формы с резьбой. В отверстие для воздухоотводящей трубки вкручен штуцер 16, который поджимает уплотнительное кольцо 17 вокруг воздухоотводящей трубки 12. В штуцере 16 посредством резьбового соединения установлена заглушка 18 с жалом напротив торца воздухоотводящей трубки 12. Жало выполнено коническо-цилиндрической формы. При закручивании заглушки 18 в штуцер 16 жало перекрывает отверстие воздухоотводящей трубки 12. Пробка 14 имеет также отверстие 19 для нагнетания закрепляющего материала. С наружной стороны пробки 14 присоединено через трубку 20 безрезьбовое соединение 21. Пробка 14 присоединена к торцу опорной муфты 8 монтажной гайкой 15 через обратный клапан 22 лепесткового типа. Над нагнетательным отверстием для нагнетания 19 в пробке 14 обратный клапан 22 имеет неполный кольцевой разрез, к которому присоединена жесткая кольцевая пластинка 23 посредством заклепки 24. Обратный клапан 22 лепесткового типа, кроме выполнения функции клапана, выполняет функцию уплотнительного элемента для герметизации внутренней полости муфты 8.
Канатный анкер закрепляется и работает следующим образом.
После бурения шпура на заданную глубину в его устье вводится несколько ампул (например, 3 шт. по 600 мм) с минеральной композицией или полиэфирной смолой. Ампулы устанавливают с парашютом (не показано). К парашюту последней ампулы подводят головной конец канатного анкера, которым досылают ампулы до упора в дно шпура 25. После этого к опорной муфте 8 присоединяют через переходник (не показано) буровую машину. Путем вращения и подачи буровой машины канатный анкер вкручивается в закрепляющий материал ампул, разрывая внешнюю оболочку винтом 3 и шнеком 2. Шнек 2 при вращении анкера транспортирует закрепляющий материал 26 к дну шпура, уплотняя его (Фиг.1). Далее на опорную муфту 8 надевается опорный элемент 27 (полусферическая шайба или верхняк, например СВП17). Опорный элемент 27 устанавливают под перетяжку 28. Затем вращением опорной гайки 9 осуществляется предварительное натяжение канатного анкера. В процессе предварительного натяжения закрепляющий материал 26 переуплотняется под винтом 3. Возникает клиновой эффект, достаточный для предварительного натяжения.
В процессе предварительного натяжения одновременно происходит этап герметизации устья шпура. При вращении опорной гайки 9 последняя, перемещаясь по опорной муфте 8, задает перемещения стакану 10, а тот - толкателю 7. Толкатель 7 при этом деформирует в осевом направлении упругую (резиновую) втулку 5, поскольку противоположный торец последней оперт на стальную втулку 6, закрепленную на направляющей трубе 4. Деформируясь в осевом направлении, упругая втулка 5 расширяется в радиальном направлении, перекрывая зазор между поверхностью шпура 25 и направляющей трубой 4. Таким образом производится герметизация устья шпура 25 одновременно с предварительным распором анкера.
На этом этап ампульного закрепления считается завершенным.
Далее следует этап дозакрепления анкера нагнетательным способом. Для этого к опорной муфте 8 подставляется пробка 14 с обратным клапаном 22. При этом выступающий конец воздухоотводящей трубки 12 вводят в отверстие для воздухоотводящей трубки пробки 14 и штуцера 16. Затем вращением штуцера 16 обжимают герметично уплотнительным кольцом 17 поверхность воздухоотводящей трубки 12. Монтажной гайкой 15 поджимают пробку 14 через лепестковый обратный клапан 22 к торцу опорной муфты 8, герметизируя таким образом внутреннюю полость опорной муфты.
Далее к безрезьбовому соединению 21 подсоединяют нагнетательный рукав насоса и подают закрепляющий материал 29. Закрепляющий материал 29 (Фиг.1, 2) через безрезьбовое соединение 21, трубку 20, отверстие для нагнетания 19 пробки 14 открывает клапан 22 и поступает во внутреннее пространство опорной муфты 8. Через зазоры между прядями грузонесущего каната 1 и поверхностями опорной муфты и конической втулки 11 закрепляющий материал 29 попадает во внутреннюю полость направляющей трубы 4. Закрепляющий материал 29 через зазоры между прядями грузонесущего каната 1 и поверхностями трубки 13 и направляющей трубы 4 герметизатора устремляется в полость шпура 25, заполняя зазор между грузонесущим канатом 1 и стенками шпура 25. Вытесняемый раствором воздух из шпура через воздухоотводящую трубку 12 и отверстие в штуцере 16 устремляется в атмосферу. После вытеснения воздуха раствор 29 также устремляется через воздухоотводящую трубку 12 и отверстие в штуцере 16 в атмосферу. В момент поступления раствора 29 в атмосферу поворотом по резьбе заглушки 18 ее жалом герметизируется отверстие воздухоотводящей трубки 12. Насосом продолжают под давлением закачивать раствор 29 в шпур 25. Раствор 29 под давлением заполняет трещины приконтурного массива выработки. При достижении определенного давления нагнетание раствора 29 в шпур прекращается.
Далее нагнетательный рукав отсоединяется от безрезьбового соединения 21. Закачанный закрепляющий материал 29 выдавливается через отверстие для нагнетания 19 пробки 14. Течением раствора 29 в обратном направлении закрывается клапан 22. Избыточному давлению раствора 29 на клапан 22 противостоит изгибная жесткость пластины 23, сечение которой превышает сечение отверстия для нагнетания 19. После отверждения раствора 29 монтажная гайка 15 с пробкой 14 и клапаном 22 снимается с опорной муфты 8. После промывки пробки 14 и монтажной гайки 15 последние используются многократно. Обратный клапан 22 также может использоваться многократно.
На этом процесс установки и закрепления канатного анкера считается завершенным. Закрепляющие материалы 26, 29 прочно соединены с грузонесущим канатом 1 в шпуре 25. При этом посредством закрепляющего материала 26, 29 породы кровли неустойчивого контура свода давления через грузонесущий канат 1 и опорные элементы 27, 28 подвешиваются к устойчивому контуру свода давления. Благодаря прочному сцеплению с канатом меньшая часть контура неустойчивой части массива передается на опорные элементы 27, 28, а большая - на грузонесущий канат 1. Отвердевший раствор 29, закачанный в трещины, упрочняет приконтурный массив пород, делает его более устойчивым. При этом высота свода давления над выработкой понижается.
Данная конструкция канатного анкера обеспечивает возможность его закрепления ампульно-нагнетательным способом в шпурах диаметром 30 мм вместо 36-43 мм, что значительно снижает затраты времени и средств на бурение и герметизацию. Это стало возможным благодаря созданию зазора между наружными прядями грузонесущего каната на интервале направляющей трубы герметизатора и помещению между прядями воздухоотводящей трубки, что позволяет уменьшить диаметр направляющей трубы герметизатора. Образование зазора между прядями осуществляется помещением на центральной пряди трубки.
Кроме того, это решение позволило поместить в шпуре диаметром 30 мм герметизатор механического типа с зазором между стенками шпура и герметизатором.
Введение герметизатора механического типа устраняет операцию «герметизация устья шпура». В данном решении эта операция совмещена с операцией предварительного натяжения канатного анкера.
Таким образом, предлагаемое решение отвечает признакам новизны и полезности.
Источники информации
1. Патент РФ 2166636.
2. Патент РФ 2181398.