АНКЕР

Полезная модель относится к горнодобывающей промышленности, в частности к укреплению контура горных выработок путем установки анкеров, но может также использоваться в строительстве и других отраслях, где используются анкерные болты.
Уже известна анкерная крепь, содержащая металлический стержень с опорным элементом и установленную на нижнем конце стержня резьбовую втулку с граненым торцем [1].
Известный анкер прост, но обладает низкой несущей способностью, т.к. гладкая наружная поверхность стержня ограничивает восприятие ими нагрузки от массы неустойчивости части приконтурного массива, а выполнение стержня из металла делает нецелесообразным его использование для укрепления угольных бортов выработок. Последнее объясняется тем, что при разрушении угольного борта шнеком комбайна стальной анкер не разрушается, а только деформируется и попадая на ленту конвейера может повредить ее. К тому же при взаимодействии со шнеком комбайна стальной стержень может вызвать искрообразование, что недопустимо из условий безопасности.
Этих недостатков лишены анкеры из композиционных материалов.
Наиболее близким из числа известных к заявляемому анкеру является анкер, описанный в [2] и содержащий выполненный из композиционных материалов
стержень трубчатой формы с профильной наружной поверхностью и расположенную в его нижней части резьбовую втулку с граненым нижним торцем.
Выполнение трубчатого стержня с наружной поверхностью в виде винтовой нарезки обеспечивает передачу на него большей нагрузки от массы приконтурного массива и более равномерное ее распределение по всей длине стержня, однако ослабляет сам стержень, вынуждая делать его больших размеров, т.е. увеличивать его массу. К этому же приводит и резьбовое соединение втулки со стержнем, поскольку для восприятия значительной доли действующей на анкер осевой нагрузки резьбовым соединением приходится значительно усиливать его, увеличивая его диаметр, что приводит к увеличению размеров и массы анкера, а следовательно к увеличению его стоимости, и к снижению технологичности.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании заявляемой полезной модели заключается в снижении стоимости, улучшении технологичности изготовления анкера, повышении его несущей способности и обеспечении равнопрочности по всей его длине.
Указанный технический результат может быть достигнут за счет того, что в анкере, содержащем выполненный из композиционных материалов стержень трубчатой формы с профильной наружной поверхностью и расположенной в его нижней части втулкой с граненым торцем, предлагается выполнить трубчатый стержень с однонаправленными вдоль его оси волокнами, профильную наружную поверхность образовать в процессе его формования путем намотки по спирали на нее в неотвержденном состоянии жгута, а втулку жестко соединить со стержнем
путем ее формования в процессе изготовления стержня на его наружную профильную поверхность.
Для восприятия максимальной нагрузки, приходящейся на нижний конец стержня в районе крепления втулки, между ней и стержнем может быть образован клиновый замок, для чего нижняя часть стержня может быть выполнена с расширением к торцу путем выполнения в ней продольных пропилов и установки по оси стержня в его канале конусообразной вставки с последующим формованием снаружи втулки, например, методом намотки.
Для обеспечения максимальной несущей способности стержень с навитым на него жгутом и втулку предлагается выполнить из однородных композиционных материалов.
Предлагаемая конструкция анкера оптимальна для восприятия растягивающих его усилий и для равномерного по длине восприятия нагрузки от массы неустойчивой части приконтурного массива.
Конструкция предлагаемого анкера проиллюстрирована на прилагаемых чертежах.
На Фиг.1 - показана схема анкера (продольный разрез).
На Фиг.2 - показан узел крепления втулки на стержне анкера.
На Фиг.3 - показано его поперечное сечение.
Анкер содержит стержень 1 с осевым каналом 2 и установленную в его нижней части втулку 3 с граненым нижним торцем 4.
Стержень 1, как и втулка 3 может быть выполнен из композиционных материалов, при этом в качестве основы могут использоваться различные виды смол, выполняющих роль связующего, а в качестве наполнителей различные высокопрочные материалы в виде волокон, нитей и т.п.
Поскольку стержень 1 рассчитан в основном на восприятие осевых растягивающих усилий, то он выполнен с однонаправленными вдоль его оси волокнами 5, что обеспечивает его максимальную прочность при работе на растяжение.
Для обеспечения равномерного нагружения стержня 1 необходимо надежное сцепление его наружной поверхности с массой приконтурного массива, в котором замоноличен стержень посредством быстродействующих полимерных составов. Чтобы повысить усилия сцепления стержня с приконтурным массивом, на его внешней поверхности закреплен жгут 6 путем его намотки на нее по спирали в неотвержденном состоянии.
Жгут 6 может быть выполнен из того же материала, что и волокна 5 стержня 1 (например, стекловолокно). В зависимости от усилия натяжения жгута 6 при его намотке наружная поверхность стержня 1 между витками жгута 6 может оставаться практически цилиндрической, а может и принимать «бочкообразную» форму. В любом случае необходимым условием является сохранение целостности и ориентации волокон 5.
Втулка 3 жестко крепится на наружной поверхности стержня 1 в его нижней части путем ее формования в процессе изготовления стержня 1 после намотки на
него жгута 6, например, путем перекрестной намотки волокон, пропитанных связующим (однородным тем, что использованы для изготовления стержня 1).
С учетом того, что наибольшая нагрузка воспринимается втулкой 3, для надежного ее крепления на стержне может быть образован «клиновый» замок.
Для этого в хвостовой части стержня 1 с его нижнего торца выполняются продольные пропилы 7 и внутрь стержня, в его канал 2 вставляется и фиксируется конусообразная вставка 8 (фиг.2) в некоторой степени деформируя (отгибая) пропиленные части стержня 1 (не нарушая целостность волокон 5). После этого осуществляется формование (намотка) втулки 3.
Предлагаемая конструкция анкера обеспечивает оптимальные условия работы его элементов в условиях их осевой нагрузки за счет их ориентации, надежного, прочного сцепления их между собой и с поддерживаемым массивом породы и однородности материала, из которого они изготовлены.
Источники информации:
[1] SU, А.С. №1073471, Е21Д 21/00, 1984 г.
[2] RU, №2280166, Е21Д 21/00, 2004 г. (прототип).
[3] PCT, WO 96/07015, Е21Д 20/02, 1995 г.
[4] PCT, WO 00/00718, Е21Д 21/00, 2000 г.
[5] RU, №2292459, Е21Д 21/00, 2005 г.
[6] ЕР, №0247778, Е21Д 20/02, 1987 г.