СТАЛЬНОЙ СТЕРЖЕНЬ АНКЕРНОЙ КРЕПИ ДЛЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к получению стержневых элементов с винтовым профилем для изготовления анкеров повышенной прочности и может быть использована при креплении горных выработок.
Известен сталеполимерный анкер глубокого заложения, включающий опорную плитку, натяжную гайку и составной стержень из двух и более элементов проката с винтовым профилем, скрепляемых между собой соединительной муфтой (втулкой) имеющей разрыв в средней ее части, при этом натяжная гайка и соединительная муфта выполнены равнопрочными относительно элементов стержня анкерной крепи с внутренней резьбой, соответствующей винтовому профилю проката (RU 20926 U1, МПК Е21D 21/00, 2001 г.).
Использование указанного стального стержня анкерной крепи для горных выработок не исключает самораскручивание гайки при динамических нагрузках на эту крепь.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному результату является стальной стержень анкерной крепи для горных выработок выполненный в виде круглого стержня с поперечными периодическими выступами, идущими по однозаходной правой винтовой линии, с двумя продольными гладкими участками, разделяющими ряды поперечных выступов в виде двух параллельных граней с величиной углубления граней в тело стержня составляющей 0,15-0,20 от высоты поперечного выступа. Шаг резьбы стержня составляет 0,45-0,49 от диаметра круглого стержня, а ширина основания поперечного выступа составляет 0,54-0,56 от шага резьбы (RU 59729 U1, МПК Е21D 21/00, 2006 г.).
Недостатком известного стального стержня анкерной крепи для горных выработок является низкая разрушающая нагрузка - не более 175 кН, что ограничивает сферу его применения.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение высокой надежности при эксплуатации стального стержня винтового профиля номинальным диаметром 20, 22 мм за счет увеличенного разрывного усилия при исключении самораскручивания гайки при увеличенных нагрузках.
Поставленная задача достигается тем, что стальной стержень анкерной крепи для горных выработок, выполненный в виде круглого стержня с поперечными периодическими выступами, идущими по однозаходной правой винтовой линии, с двумя продольными гладкими участками в виде параллельных граней, разделяющих ряды поперечных выступов, согласно полезной модели, поверхностный слой круглого стержня глубиной (0,06-0,08)Д мм и поперечные периодические выступы выполнены с микротвердостью 2400-2500МПа, а сердцевина круглого стержня имеет микротвердость 2200-2300 МПа, где Д - диаметр круглого стержня, мм.
Предлагаемый стальной стержень анкерной крепи отличается от известного тем, что поверхностный слой круглого стержня глубиной (0,06-0,08)Д мм и поперечные периодические выступы выполнены с микротвердостью 2400-2500МПа, а сердцевина круглого стержня имеет микротвердость 2200-2300 МПа, где Д - диаметр круглого стержня, мм
Техническим результатом настоящей полезной модели является обеспечение высокой надежности при эксплуатации стального стержня винтового профиля, повышение величины усилия разрушения при растяжении и исключение эффекта скольжения в резьбовом соединении при динамических нагрузках, а также сохранение технологичности при сборке анкеров в полевых условиях.
Служебные и механические свойства, которые обеспечиваются настоящей полезной моделью и полностью удовлетворяют требованиям ТУ 0932-272-05757676-2008 «Прокат периодического винтового профиля для горной промышленности», следующие:
- разрушающая нагрузка -
не менее 200 кН;
- крутящий момент при закручивании гайки
при осевой нагрузке 20 кН -
не более 120 Н/м;
- крутящий момент при раскручивании гайки
при нагрузке 30 кН -
не менее 300 Н/м;
- отсутствие скольжения в резьбовом соединении;
- технологичность процесса сборки анкерной крепи.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что полезная модель имеет две параллельные грани для обеспечения возможности использования гаечного ключа при сборке анкерной крепи и, соответственно, повышения технологичности процесса сборки. Для обеспечения величины усилия разрушения при растяжении стального стержня анкерной крепи не менее 200 кН необходимо иметь микротвердость не менее 2500 МПа в поперечных выступах и в поверхностном слое круглого стержня на глубине не менее 0,06Д, а в сердцевине не менее 2200 МПа. Для исключения хрупкого разрушения при осевых нагрузках сердцевина должна иметь микротвердость не более 2300 МПа, а глубина поверхностного слоя гладкого стержня с указанной твердостью должна быть не более 0,08Д мм. Для исключения хрупкого разрушения резьбового соединения при закручивании микротвердость поперечных выступов и поверхностного слоя круглого стержня должна быть не более 2500 МПа. При микротвердости сердцевины ниже 2300 МПа, при отсутствии скольжения в резьбовом соединении и большом крутящем моменте на раскручивание гайки, может происходить скручивание сердцевины стержня.
На рисунке показано поперечное сечение и форма стального стержня анкерной крепи для горных выработок.
Стальной стержень анкерной крепи содержит поверхностный слой 1 с микротвердостью 2400-2500 МПа, поперечные периодические выступы (резьба) 2 с микротвердостью 2400-2500 МПа, сердцевину 3 с микротвердостью 2200-2300 МПа и продольные гладкие участки в виде двух параллельных граней 4. Такая микротвердость стального стержня получена с помощью термомеханической обработки в потоке непрерывного сортопрокатного стана.
Применение предложенного стального стержня анкерной крепи для горных выработок обеспечивает высокую надежность при эксплуатации за счет увеличенного разрывного усилия стержня. Кроме этого, увеличенная микротвердость резьбы и поверхностного слоя круглого стержня в сочетании с более пластичной сердцевиной, повышает надежность резьбового соединения, что очень важно при динамических нагрузках на анкерную крепь.