КАНАТНЫЙ АНКЕР
CABLE ANCHOR

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности, в частности к анкерам глубокого заложения при креплении контура горных выработок.
Известен (Уголь. - 2003. - №12. - С.9-11) канатный анкер LIGWI производства Германии, включающий в качестве герметизатора гофрированную трубку с осевым отверстием под канат и отверстием для нагнетательной трубки, разделенными перегородкой. Перед монтажом анкера наружную стенку осевого отверстия разрезают и надевают гофрированную трубку на канат, после чего канатный анкер вставляют в шпур. Герметизация устья шпура происходит за счет деформации гофрированной трубки при установке его в шпур.
Недостаток такого анкера состоит в том, что герметизация его в шпуре является некачественной вследствие наличия неплотностей в осевом разрезе боковой стенки гофры. Кроме того, анкер используется при нагнетательном способе его закрепления без способа его надежной фиксации в шпуре в процессе нагнетания. Поэтому при нагнетании возникает необходимость в создании осевого давления на опорную муфту. Монтаж гофры и установка нагнетательной трубки нетехнологичны при использовании общего подхвата. Конструкция требует бурения шпуров диаметром 43 мм в место зоны, что увеличивает время бурения.
Наиболее близким аналогом является канатный анкер (Патент РФ №2281398, кл. E21D 21/00, заявлен 09.06.2004, опубл. 10.08.2006 г., БИ №22) ампульно-нагнетательного способа, включающего грузонесущий канат со шнеком и винтом на одном конце и опорной муфтой на другом конце, соединенной в ее осевом отверстии с прядями каната с образованием зазоров между ними. К торцу муфты присоединена трубка герметизатора, охватывающая канат. Причем к внутренней торцевой проточке трубки герметизатора присоединен герметизатор в виде резинового рукава.
Недостаток такого анкера состоит в том, что резиновый рукав при вращении анкера с подачей при ампульно-нагнетательном способе разрушается канатом о стенки шпура вследствие того, что канат в шпуре изначально имеет саблевидную форму и прижимает рукав к абразивной стенке. Несмотря на то, что ампульно-нагнетательный способ является наиболее надежным и эффективным, по причине сложности герметизации анкера в шпуре диаметром 30 мм его применение ограничено.
Целью предлагаемого изобретения является создание надежного устройства для герметизации устья шпура в анкере ампульно-нагнетательного способа закрепления.
Указанная цель достигается тем, что в канатном анкере, включающем грузонесущий канат с воздухоотводящей трубкой, соединенный с муфтой в ее осевом отверстии с присоединенной к ней трубой герметизатора, охватывающей канат и воздухоотводящую трубку и содержащей упругую втулку герметизатора, кольцевая проточка на трубе выполнена с наружной стороны и дополнительно углублена кольцевой проточкой со сквозными отверстиями, перекрытыми обратными клапанами в виде упругой втулки, внешнюю поверхность которой и кольцевой проточки концентрично охватывает наружная упругая втулка, концы которой обжаты хомутами, а с внутренней стороны трубы герметизатора у ее торца в зазоре между канатом и трубой дополнительно размещена полая втулка с пробкой, при этом зазор между канатом и трубой герметизатора у ее торца заделан перемычкой, охватывающей внешние поверхности каната дополнительной втулки и воздухоотводящей трубки.
Введение дополнительной втулки с пробкой необходимо для пропуска закрепляющего материала в шпур за пределы герметизатора через перемычку. Пробка, перекрывающая проходное сечение трубки, установлена с возможностью ее выноса из втулки под избыточным давлением закрепляющего материала после наполнения закрепляющим материалом герметизатора под более низким давлением. Введение перемычки и дополнительной втулки с пробкой обеспечивает возможность срабатывания герметизатора при непрерывной подаче закрепляющего материала в шпур через единую сеть, а именно через полость опорной муфты и далее внутри трубы герметизатора. Таким образом, исключается необходимость индивидуального подвода закрепляющего материала для герметизатора, который с достаточным усилием надежно герметизирует устье шпура под избыточным давлением. Жесткая труба в герметизаторе необходима для увеличения жесткости каната в период его ампульного закрепления у дна шпура, когда канатный анкер закрепляется путем вращения с подачей.
Кольцевая проточка на кольце герметизатора необходима для размещения в ней упругой втулки, обжатой на концах хомутами, с тем, чтобы канат с герметизатором вошли в устье шпура диаметром 30-32 мм. При таком исполнении отпадает необходимость в бурении шпура диаметром 36, 43 мм. Увеличение диаметра шпура с 30 на 43 мм увеличивает время бурения на 60-100%. Углубка кольцевой проточки другой, более узкой, необходима для размещения в ней обратного клапана в виде резиновой втулки. Это необходимо, прежде всего, для фиксации в глубокой кольцевой проточке резиновой втулки в период монтажа упругой втулки в кольцевой проточке трубы герметизатора. С другой стороны, это необходимо для уменьшения внешнего диаметра герметизатора.
В целом в результате реализации предлагаемого решения подземная горнорудная промышленность получает канатный анкер с более совершенным и надежным герметизатором, распирающимся под избыточным давлением, не требующим дополнительной магистрали для подвода закрепляющего материала или увеличения диаметра шпура для размещения в нем герметизатора. Кроме того, такой анкер более надежен, так как приспособлен к ампульно-нагнетательному способу закрепления. Вначале он закрепляется равнопрочно ампулами у дна шпура путем вращения и подачи анкера в шпур, затем нагнетают закрепляющий материал через опорную муфту и трубу герметизатора, заполняя под давлением остальную часть шпура.
Сущность предложения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен продольный разрез хвостовой части канатного анкера.
На фиг.2 - разрез А-А фиг.1.
На фиг.3 - продольный разрез канатного анкера в окрестности герметизатора.
Канатный анкер состоит из каната 1 (фиг.1, 2) с местными узлами уширения (не показано), с воздухоотводящей трубкой 2, соединенной с муфтой 3 в ее осевом отверстии и присоединенной к ней трубой 4 герметизатора. Труба 4 на внешней поверхности у торца выполнена с широкой кольцевой проточкой и углубленной в ее срединной части узкой проточкой со сквозными отверстиями 5. В узкой проточке размещена резиновая втулка 6, выполняющая функцию обратного клапана. Поверхность резиновой втулки 6 и широкой кольцевой проточки концентрично охватывает упругая втулка 7, которая на концевых частях опрессована хомутами 8. В зазоре между канатом 1 и трубой 4 размещена воздухоотводящая трубка 2 и дополнительно полая втулка 9 с пробкой 10. Конец воздухоотводящей трубки 2 за пределами упругой втулки 7 выведен герметично наружу через окно в боковой стенке трубы 4. Герметизация вывода воздухоотводящей трубки 2 осуществляется сваркой.
Зазор между канатом 1 и трубой герметизатора у ее торца заделан перемычкой 11, выполненной монтажной пеной. Пробка 10 перекрывает выход проходного сечения втулки 9 с возможностью самоизвлечения под избыточным давлением закрепляющего материала 12. Пробка 10 выполнена, например, из резины и удерживается в проходном сечении втулки 9 за счет трения.
Опорная муфта 3 на внешней поверхности имеет резьбу с гайкой 13, которая взаимодействует с поддерживаемым массивом горных пород через опорный элемент 14.
Закрепляется канатный анкер ампульно-нагнетательным способом следующим образом.
После бурения шпура 15 на заданную глубину в устье шпура вводятся ампулы с парашютами. Далее головным концом канатного анкера досылают ампулы до их упора в дно шпура. Подсоединяют опорную муфту 3 через переходник к буровой машине. Далее путем подачи и вращения канатный анкер вводят в шпур до упора гайки 13 в опорный элемент 14 крепи. Головной конец анкера при вращении и подаче разрушает оболочку ампул и перемешивает компоненты ампул. Далее следует этап ожидания отверждения в течение ~20 с. Анкер, таким образом, получил равнопрочное закрепление у дна шпура 15. После этого отсоединяют от муфты 3 буровую машину. К муфте 3 подсоединяют через монтажную гайку со штуцером и обратным клапаном. Посредством быстроразъемного соединения подсоединяют к штуцеру рукав нагнетательного оборудования и нагнетают закрепляющий материал 12. Закрепляющий материал 12 проходит через зазоры между прядями каната в осевое отверстие муфты, попадает в зазор между канатом 1 и трубой 4 и поднимается вверх. Вытесняемый воздух через зазоры между центральной прядью и периферийными проходит таким образом перемычку 11 в шпур 15 и по воздухоотводящей трубке покидает шпур. Закрепляющий материал 12 доходит до перемычки 11 и упирается в нее. В закрепляющем материале 12 создается избыточное давление. Под действием избыточного давления закрепляющий материал поступает через отверстия 5 в зазор между поверхностью проточки трубы и упругой втулки 7, отжимая обратный клапан 6. Стенки упругой втулки прижимаются к стенкам шпура, герметизируя устье шпура 15. Дальнейшее повышение давления приводит к извлечению пробки 10 из проходного сечения полой втулки 9, и закрепляющий материал устремляется через нее в шпур, заполняя его до горизонта закрепляющей втулки у дна шпура. После вылета пробки 10 из втулки 9 давление в закрепляющем материале снижается, однако закрепляющий материал из затрубного пространства герметизатора не вытекает благодаря обратному клапану 6. Вследствие этого герметизация устья шпура сохраняется, закрепляющий материал затвердевает.
После заполнения шпура 15 под давлением закрепляющего материала 12 от штуцера накидной гайки с обратным клапаном отсоединяется нагнетательный рукав.
После отверждения закрепляющего материала 12 с муфты 3 снимают накидную гайку. Подтягивают дополнительно гайку 13. После этого анкер считается закрепленным по всей длине шпура.
Канатные анкеры данной конструкции реализуют ампульно-нагнетательный способ закрепления по всей длине шпура. Такой анкер необходим для крепления пород кровли над выработкой. Известно, что выработка крепится у забоя в период проходки короткими анкерами одинаковой длины. В окрестности концов анкеров образуется трещина расслоения. Если в срединной части проработанной кровли осуществить закрепление канатных анкеров нагнетанием, то можно выработку обрушить, т.к. при избыточном давлении в трещине большой площади создаются растягивающие напряжения, превосходящие допустимые. И такие случаи наблюдались на шахтах ИК «Соколовская» при использовании анкеров нагнетательного способа закрепления производства ФРГ. По этой причине надежнее использование ампульно-нагнетательного способа закрепления, когда анкер у дна шпура в устойчивой части массива за сводом давления закрепляется равнопрочно ампулами, а затем остальная часть анкера закрепляется нагнетанием с упрочнением массива. При этом ампулы могут содержать более дорогой закрепляющий материал, а нагнетаемый материал может быть менее дорогой.
Предлагаемая конструкция, таким образом, реализует наиболее эффективный ампульно-нагнетательный способ закрепления.
Таким образом, можно заключить, что предлагаемое решение отвечает требованиям новизны и полезности.
При этом конструкция анкера обеспечивает надежный и технологичный способ герметизации шпура малого сечения. Это позволяет сократить время на бурение шпура. Герметизация устья шпура малого диаметра стала возможной за счет размещения упругой втулки герметизатора в кольцевой проточке, а обратного клапана - в углубленной проточке.
Введение перемычки и полой втулки с пробкой в зазоре между канатом и трубой герметизатора позволило упростить процесс герметизации устья шпура, совмещая его с процессом нагнетания закрепляющего материала в шпур.
Возведение перемычки монтажной пеной делает процесс установки полой втулки и герметизацию зазора технологичным.
Таким образом, можно заключить, что предлагаемое решение отвечает требованиям новизны и полезности.