АНКЕР С НАГНЕТАТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Заявляемое устройство относится к горной промышленности, в частности, к анкерному креплению горных выработок.
Известно натяжное устройство канатного анкера (патент RU №2281398, МПК E21D 21/00, опубл. 10.08.2006), включающее опорную муфту, соединенную в осевом отверстии с коническим переходом от большого диаметра к меньшему с прядями каната посредством конической втулки, охватывающей центральную прядь, коническая втулка по радиусу, как и ответная поверхность муфты, переходит в цилиндрическую, которая размещена в цилиндрической части осевого отверстия муфты с образованием зазоров между прядями каната на их выходе из торца, к которому присоединен герметизатор.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, при ампульно-нагнетательном способе возможно нарушение герметизатора и как следствие неэффективное закрепление анкера. Если устье или часть шпура, где будет размещен герметизатор, разбита (деформирована) при бурении, герметизатор не сработает.
Известен герметизатор шпура (патент RU №2169266, МПК E21D 21/00, E21D 11/00, опубл. 20.06.2001) содержащий трубу, имеющую входной и выходной концы (отверстия), герметизатор (насаженный на трубу эластичный шланговидный герметизирующий элемент, боковой и торцовый обратные клапаны), а также расположенную на выходном конце трубы разрывную мембрану и средство ее крепления, торцовый обратный клапан расположен на входном конце трубы, а средство крепления мембраны выполнено в виде завальцованной кромки трубы, при этом между мембраной и завальцованной кромкой установлена металлическая упорная шайба.
Недостатки известного устройства - не приспособлено для использования вместе с анкером, упрочнение пород малоэффективно по причине отсутствия грузонесущего стержня.
Техническим результатом является предотвращение гидроразрыва пород, за счет закрепления приконтурного массива анкерами к более устойчивым, повышения эффективности упрочнения пород, за счет надежности и качества герметизации шпура, упрощение технологии сборки.
Технический результат достигается тем, что анкер с нагнетательным устройством, содержащий грузонесущий стержень, нагнетательную трубку с герметизатором, имеющую входное и выходное отверстия, мембрану, согласно полезной модели мембрана перекрывает зазор между грузонесущим стержнем и контуром выходного отверстия нагнетательной трубки.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 представлен анкер с нагнетательным устройством, на фиг. 3 - анкер с нагнетательным устройством в шпуре.
Анкер с нагнетательным устройством (далее анкер) содержит грузонесущий стержень 1, нагнетательную трубку 2 с герметизатором 3, имеющую входное и выходное отверстия, мембрану 4 (фиг. 1, 2). Грузонесущий стержень 1 может быть выполнен в виде троса или прутка, или арматуры, или любого другого вида из металлических или полимерных, или композитных материалов. Нагнетательное устройство представляет собой нагнетательную трубку 2, герметизатор 3 и мембрану 4.
Нагнетательная трубка 2, имеющая длину равную 0,3-1,5 м, охватывает грузонесущий стержень 1 анкера и является проводником закрепляющих материалов, совместно со стержнем способствует их перемешиванию при нагнетании. Такая длина трубки позволяет эффективно нагнетать закрепляющий материал, так как ее размер должен превышать зону интенсивно-трещиноватых пород приконтурного массива выработки. При недостаточной длине нагнетательной трубки 2 при нагнетании будет первоначально происходить заполнение трещин в этой зоне, которые в пространстве разнонаправлены (вертикальные, наклонные, горизонтальные), а также возможно вытекание закрепляющего материала в выработку. Трещины в этой зоне имеют большие размеры, чем трещины находящиеся на большем расстоянии от контура выработки, что ведет к неполноценному заполнению верхней части шпура. В результате получается неэффективное закрепление анкера и повышенный расход закрепляющего материала. При наличии муфты 5 (фиг. 3) нагнетательная трубка герметично закреплена на ее верхней части, которая может быть приварена или прикручена к ней, для надежного и эффективного нагнетания без потери (вытекания) закрепляющего материала. Также она предотвращает изгиб анкера при установке, например, если анкер выполнен из троса.
В качестве герметизатора 3 используют гидравлический герметизатор, который может быть выполнен следующим образом: на нагнетательной трубке 2 расположен герметизирующий элемент (например, эластичный шланговидный), охваченный обжимными элементами, удерживающими герметизирующий элемент на нагнетательной трубке 2 и обеспечивающими герметизацию соединения между нагнетательной трубкой 2 и герметизирующим элементом. На нагнетательной трубке 2 под герметизирующим элементом выполнены сквозные отверстия, перекрытые боковыми обратными клапанами (например, из упругого материала).
Мембрана 4 перекрывает зазор между грузонесущим стержнем 1 и контуром выходного отверстия нагнетательной трубки 2. Она выполнена из материалов, способных повторять контур грузонесущего стержня 1, в том числе и неровный контур, и плотно перекрывать зазор, выдерживая давление срабатывания герметизатора 3. Выбор материала мембраны 4 зависит от давления срабатывания герметизатора 3 при нагнетании закрепляющего материала и вида материалов, из которых выполнены грузонесущий стержень 1 и элементы нагнетательного устройства (нагнетательной трубки 2, герметизирующего элемента и обратного/ых клапана/ов). Например, для гидравлического герметизатора мембрана 4 должна выдерживать давление срабатывания герметизатора 3, в результате которого открываются обратные/ый клапаны/клапан и распирается герметизирующий элемент в стенки шпура. После распора герметизирующего элемента (заполнения полости между внешней стенкой нагнетательной трубки и герметизирующим элементом) давление возрастает и соединение мембраны 4 с грузонесущим стержнем 1 и нагнетательной трубкой 2 должно нарушиться (вылететь, выбиться, вырваться, прорваться), обеспечивая выход закрепляющего материала через выходное отверстие нагнетательной трубки 2 в шпур.
Например, если анкер с канатным грузонесущим стержнем имеет неровный контур, то устранение зазора между грузонесущим стержнем и контуром выходного отверстия нагнетательной трубки усложняется. В связи с этим в качестве материала для мембраны могут быть использованы твердеющие полимерные материалы (герметики, полиуретаны и т.д.), пористая резина, их комбинация. При заполнении зазора такими материалами достигается необходимое уплотнение (герметизация).
Заявляемое устройство эффективно используется при закреплении анкера как нагнетательным, так и ампульно-нагнетательным способом. Закрепленный анкер (например, ампульным или замковым способом) позволяет производить нагнетание закрепляющего материала при высоком давлении без опасения гидроразрыва и обвала пород. Если использовать только нагнетательное устройство без грузонесущего стержня, при избыточном давлении в трещинах большой площади создаются растягивающие напряжения в породах, превосходящие допустимые, которые могут привести к обрушению.
Пример закрепления анкера с нагнетательным устройством ампульно-нагнетательным способом. Анкер, имеющий грузонесущий стержень 1 из арматурного каната, нагнетательную трубку 2, герметизатор 3, мембрану 4, муфту 5, устанавливают в проектное положение в шпуре ампульным способом (фиг. 3). Герметизатор 3 представляет собой резиновый герметизирующий элемент, резиновые обратные клапаны и отверстия под них в нагнетательной трубке. Мембрана 4 в виде герметика перекрывает зазор между грузонесущим стержнем 1 и внутренней стенкой выходного конца нагнетательной трубки 2 (контуром выходного отверстия). Анкер закрепляют ампулами с закрепляющим материалом в донной части шпура (путем вращения и подачи анкера в шпур). После этого производят нагнетание закрепляющего материала через муфту 5 и нагнетательную трубку 2 с герметизатором 3, заполняя оставшуюся свободной часть шпура и нагнетая закрепляющий материал в массив пород. Для этого к муфте 5 присоединяют нагнетательный рукав насоса и подают закрепляющий материал, который, поднимаясь вверх по нагнетательной трубке 2, распирает герметизатор 2 пока его давление не достигнет определенной величины, при которой происходит прорыв мембраны 4 и выход закрепляющего материала в шпур из нагнетательной трубки 2. В результате закрепляющий материал поступает под давлением в полость шпура и заполняет зазоры между стержнем и стенками шпура, проникая в трещины в массиве пород. После завершения процесса нагнетания нагнетательный рукав отсоединяют от муфты 5. Отвердевший материал надежно закрепляет анкер по всей длине, герметизирует грузонесущий стержень 1 и упрочняет приконтурный массив выработок.
Использование анкера позволяет повысить надежность и качество герметизации шпура (мембрана выдерживает необходимое давление для полного распора герметизирующего элемента), предотвратить гидроразрыв пород, за счет закрепления приконтурного массива анкерами к более устойчивым, повысить эффективность закрепления анкеров и упрочнения пород, за счет надежности и качества герметизации шпура, обусловленной наличием грузонесущего стержня и более глубокого проникновения закрепляющих материалов в горный массив, упростить технологию сборки (установка мембраны не трудоемка).