АНКЕРНАЯ КРЕПЬ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована для крепления и поддержания капитальных и подготовительных выработок.
В мировой практике широко применяются различные виды анкерных крепей, которые обеспечивают в различной степени упрочнение свода горной выработки, тем самым, исключая его обрушение. В основном все виды таких крепей сводятся к стержневым анкерам, закрепляемых в шпурах быстротвердеющими составами.
Известны сталеполимерные анкеры (Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах. Россия. - СПб., 2000. - с.70), включающий стержень с прикрепленными к нему ампулами с быстротвердеющими смолами. Однако эти анкеры могут быть применены только для крепления кровли горных выработок. При креплении же боковых выработок, перед выемкой угольного пласта, сталеполимерные анкера должны извлекаться из шпуров, во избежание поломки исполнительных органов очистных или проходческих комбайнов, а также исключения возможного искрения при ударе металла о металл. Извлечение из шпуров анкеров ухудшает геофизическое состояние горных выработок.
Известен анкер, выполненный из стеклопластика (Васильев В.В., Левченко В.И. Технология физико-химического упрочнения горных пород - М.: Недра, 1991 - с.67), конструкция которого представляет собой свивку двух прядей стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. В конструкцию анкера входит замок, выполненный в виде петли, огибающий стальной коуш.
Недостатком известного анкера является сложность в его изготовлении и, как следствие, отсутствие технологии массового производства. Кроме того, известный анкер обладает повышенной массой
при низкой несущей способности его замка, как правило, не превышающей 3-5 кН.
Прототипом полезной модели является анкерная крепь (Фрегер Г.Е., Джигрин А.В., Тациенко В.П. Спирально армированные композитные анкера. - М.: ННЦГП-ИГД им. А.А.Скочинского, 2001. -179 с.), включающая грузонесущий стержень из стеклопластика, выходной конец которого армирован спиралью из стальной проволоки, а замковый конец - заделан в стальную втулку с наружной резьбой под гайку, образующий замок, контактирующий с опорной плитой. Известный анкер имеет массу в 4,5 раза меньше массы металлического анкера такой же длины.
Однако и эта конструкция не имеет массового производства из-за большого расхода материала, высокой себестоимости и наличие металлических комплектующих элементов анкерной крепи. Кроме того, известный анкер не может быть одновременно применен для крепления кровли и боков горной выработки.
Задачей полезной модели является разработки универсальной конструкции анкера, обеспечивающего возможность его применения, как для крепления кровли, так и для боков горных выработок, а также имеющей низкую себестоимость производства.
Технический результат полезной модели заключается в выполнении грузонесущего стержня в виде трубки и разработки универсального замка.
Поставленная задача достигается тем, что в анкерной крепи, включающей грузонесущий стержень, выполненный из стеклопластика и содержащий выходной конец и замковый - снабженный втулкой с наружной резьбой под гайку, образующий замок, контактирующий с опорной плитой, согласно полезной модели, опорная плита установлена на грузонесущем стержне с возможностью изменения ее положения относительно продольной оси грузонесущего стержня, гайка в месте ее контакта с опорной плитой выполнена в виде шарового сегмента, а поверхность контакта опорной плиты с гайкой - вогнутой, грузонесущий стержень выполнен в виде трубки, а замок
и опорная плита выполнены из композиционного полимерного материала. Изменение положения опорной плиты относительно нормали к продольной оси грузонесущего стержня составляет от 0 до 20°. Гайка в месте контакта с опорной плитой образует шарнирное соединение, при этом с торца гайка выполнена с донышком. Преимущественно грузонесущий стержень выполняют длиной от 500 до 3000 мм, с внешним диаметром от 15 до 30 мм, а толщина стенок трубки составляет от 5 до 15 мм. Выходной конец грузонесущего стержня целесообразно выполнять скошенным под углом 45° и снабжать его заглушкой. Форма опорной плиты может быть выполнена в виде квадрата со стороной от 120-200 мм, или в виде круга с диаметром от 120 до 200 мм или в виде шарового сегмента, при этом ее толщина составляет от 5 до 50 мм. Опорную плиту выполняют монолитной или решетчатой.
Применение в качестве грузонесущего стержня стеклопластиковой трубки позволяет снизить расход стекловолокна до 50%, а, следовательно, и снизить себестоимость анкерной крепи. Универсальная конструкция замка позволяет расширить область применения анкера и использовать его как для крепления боков, так и для крепления кровли горных выработок. А выбранные параметры элементов анкерной крепи позволяют обеспечить ее несущую способность не ниже 100 кН, при этом снижение размеров элементов уменьшит их несущую способность, а увеличение - приведет к необоснованному перерасходу материалов. Изменение положения опорной плиты относительно ее нормали к продольной оси грузонесущего стержня обеспечивает возможность центровки опорной плиты и стержня при установке анкерной крепи в шахтной выработке. Превышение углов наклона опорной плиты к продольной оси стержня может привести к ее поломке. Выполнение замка и опорной плиты из композиционного полимерного материала обеспечивает надежность анкерной крепи за счет отсутствия коррозии крепежных элементов, кроме того, снижается вес всей конструкции и ее себестоимость. Выполнение опорной плиты из полимерного материала позволяет ее изготовлять решетчатой, т.е. также возможна экономия
материала без снижения физико-механических характеристик последней. Отсутствие в элементах анкерной крепи металла обеспечивает исключения поломок рабочих органов очистных и проходческих комбайнов, а также создает более надежные условия работы в шахтах из-за отсутствия искрения от удара металла о металл.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлена анкерная крепь с универсальным замком.
Анкерная крепь включает грузонесущий стержень 1, выполненный из стеклопластика в виде трубки, содержащий выходной конец 2 и замковый конец 3 на котором с помощью спрессовывания смонтирована втулка 4 с наружной резьбой 5. На замковый конец 3 надета гайка 6, образующая с наружной резьбой 5 втулки 4 замок, выполняющий функцию резьбового зажима. Гайка 6 контактирует с опорной плитой 7, при этом гайка 6 в месте ее контакта с опорной плитой 7 выполнена в виде шарового сегмента, а поверхность контакта опорной плиты 7 с гайкой 6 выполнена вогнутой, образуя шарнирное соединение. Опорная плита 7 установлена на грузонесущем стержне 1 с возможностью изменения ее положения относительно нормали к продольной оси грузонесущего стержня 1 от 0 до 20°. Замок, включающий резьбовую втулку 4 и гайку 6, а также опорная плита 7 выполнены из композиционного полимерного материала. Гайка 6 с торца снабжена донышком 8. Грузонесущий стержень 1 выполнен длиной от 500 до 3000 мм, с внешним диаметром от 15 до 30 мм, а толщина стенок трубки составляет от 5 до 15 мм. Выходной конец 2 грузонесущего стержня 1 выполнен скошенным под углом 45° и снабжен заглушкой 9. Форма опорной плиты 7 может быть выполнена в виде квадрата со стороной от 120-200 мм, или в виде круга с диаметром от 120 до 200 мм или в виде шарового сегмента, при этом ее толщина составляет от 5 до 50 мм. Опорную плиту 7 можно выполнять монолитной или решетчатой.
Установку и закрепление анкерной крепи осуществляют следующим образом.
В кровле или в боках горной выработки выполняют шпуры, после чего на кровле закрепляют сетку так, чтобы она была прижата к породе анкерной крепью. В шпур, диаметр которого на 4-6 мм больше диаметра грузонесущего стержня 1 первоначально вводят ампулы с быстротвердеющим веществом, например, полиэфирной смолой, затем -скошенный наконечник входного конца 2 с заглушкой 9. На замковый конец 3 с резьбовой втулкой 4 навинчивают гайку 6, которая будет вместе с грузонесущим стержнем 1 с небольшим усилием вращаться вокруг оси до тех пор, пока не произойдет контакт скошенного наконечника с заглушкой 9 с ампулами и дальше пока скошенный наконечник на конце стержня 1 не разобьет ампулы. После чего пространство между стенками шпура и внешними стенками выходного конца 2 заполняется быстротвердеющей смесью. Отверждение смолы происходит в течение 15-20 сек, однако время достижения рабочего сопротивления анкерной крепи в кровле и в боковых выработках должна быть не менее 5 и не более 20 мин. После того как смола затвердеет, гайку 6 свинчивают с замкового конца 3, одевают на замковый конец 3 опорную плиту 7 и затем снова гайку 6. После этого закручивают гайку 6 с усилием до тех пор, пока не сломается донышко 8 и далее продолжают закручивание до контакта опорной плиты 7 с поверхностью горной выработки. Затем начинают центрировать плиту 7, обеспечивая ее плотное прилегание к поверхности горной выработки, за счет контакта выпуклой части гайки б с вогнутой поверхностью опорной плиты 7, образующей шарнирное соединение. При этом отклонение от нормали опорной плиты 7 возможно до 20°, что позволяет в тяжелых шахтных условиях производить надежное и долговечное анкерное крепление. Гайка 6 с резьбовой втулкой 4, имеющей наружную резьбу, выполняет функцию резьбового зажима, обеспечивающего жесткость крепления и создающего возможность использования анкерной крепи как для боков, так и для кровли горной выработки.
Анкерная крепь на основе полимерных композиционных материалов в настоящее время проходит лабораторные и шахтные испытания, готовится ее серийное производство. Минимальная несущая способность анкерной крепи составляет не менее 80 кН (по несущей способности замковой части анкера), а стержень в виде трубки из стеклопластика выдерживает разрывное усилие не менее 200-250 кН. Испытания подтвердили, что конструкция анкерной крепи и ее параметры соответствуют условиям применения и обеспечивают устойчивое состояние кровли и боков горной выработки в течение всего расчетного срока их службы.