ВЗРЫВОРАСПОРНЫЙ АНКЕР ПОВЫШЕННОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в породах средней и ниже средней устойчивости, кроме шахт, опасных по газу и пыли.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологии «Технологии экологической безопасности разработки месторождений и добычи полезных ископаемых», поскольку решает одну из проблем, связанных с устойчивостью горных пород.
Проблема анкерного крепления горных выработок в подземных условиях заключается в следующем.
Известен тросовой анкер, включающий трос, опорную плиту с шайбой и натяжной (установочной) гайкой, а так же втулки прикрепляемые по длине троса, твердеющую полимерную смолу в верхней части шпура (Логинов А.К. Современные технологии и технические решения отработки угольных пластов. М, Издательство Московского государственного горного университета, 2006, 389 с, стр.56-63).
Общими признаками известного тросового анкера с заявляемой полезной моделью являются:
- наличие троса с втулками; гайкой и опорной плитой;
- наличие в шпуре полимерной твердеющей смолы;
- крепление натянутого троса в устье шпура и в твердеющей полимерной смоле;
- возможность установки в шпуры тросового анкера, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении.
Недостатком известного тросового анкера являются: снижение несущей способности в результате сейсмического воздействия на него взрыва. Это происходит в результате разрушения массива пород в устье шпура, что приводит к снижению натяжения анкера и его несущей способности..
За прототип принят взрывораспорный анкер (Патент Российской Федерации на изобретение №2451182, кл. E21D 21/00. Опубликовано 20.05.2012. Бюллетень №14) как наиболее близкий по технической сущности и выполняемым функциям к заявляемой полезной можели. Взрывораспорный анкер, длина которого превышает размер подземной горной выработки в поперечном сечении, состоит, по крайней мере, из двух соединенных между собой отрезков труб, направляющего элемента, выполненного в виде отрезка трубы, с дном овальной формы, блока с гибкой нитью для подъема детонирующего шнура, прикрепленного к дну овальной формы направляющего элемента и установленного внутри трубы детонирующего шнура. По длине трубчатого анкера на цилиндрических участках отрезков труб прорезаны П-образные щели с возможностью отгиба «языков» П-образных щелей под действием давления газов при взрыве детонирующего шнура в противоположных направлениях.
Общими признаками взрывораспорного анкера с полезной моделью являются:
- соединенные между собой отрезки трубы;
- направляющий элемент с дном овальной формы;
- блок с гибкой нитью для подъема детонирующего шнура;
- установленный внутри трубы детонирующий шнур;
Недостатком известного взрывораспорного анкера является: низкая несущая способность в результате недостаточных усилий на разрыв отрезков трубы.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по совершенствованию конструкции крепления подземных горных выработок.
Технический результат полезной модели заключается в повышении устойчивости подземных горных выработок за счет увеличения толщины скрепляемых горных пород посредством увеличения несущей способности взрывораспорного анкера.
Технический результат полезной модели обеспечивается тем, что взрывораспорный анкер повышенной несущей способности включающий размещенные в шпуре соединенные между собой отрезки труб с направляющим элементом, выполненным в виде отрезка трубы с дном овальной формы, блок с гибкой нитью для подъема детонирующего шнура, установленный внутри трубы детонирующий шнур, выполненные на цилиндрических участках отрезка трубы П-образные щели с возможностью отгиба «языков» П-образных щелей в противоположных направлениях под действием давления газов при взрыве детонирующего шнура, отличающийся тем, что на цилиндрических участках отрезков трубы дополнительно выполнены продольные щели, параллельные оси отрезка трубы, при этом, внутренняя полость, по меньшей мере, примыкающего е направляющему элементу овальной формы отрезка трубы, заполнена твердеющей полимерной смолой с введенным в эту смолу отрезка троса, закрепленного в натянутом состоянии в устье шпура, а длину участка отрезков трубы с дополнительно выполненными параллельно оси отрезка трубы продольными щелями принимают равной длине участка трубы, внутренняя полость которой заполнена твердеющей полимерной смолой.
На цилиндрических участках отрезков трубы дополнительно выполнены продольные щели, параллельные оси отрезка труб. Твердеющая смола проникает через продольные щели в стенках трубы, схватывается одновременно со стенками шпура и продольной щелью анкера, создавая дополнительное сопротивление выдергиванию троса из шпура. При этом исключается скольжение затвердевшей смолы вдоль стенок шпура. В результате увеличивается сопротивление перемещению троса и повышается несущая способность анкера. Это способствует достижению технического результата.
Внутренняя полость, по меньшей мере, примыкающего к направляющему элементу овальной формы отрезка трубы, заполнена твердеющей полимерной смолой, которая позволяет закрепить трос в шпуре и повысить его несущую способность. Это направлено на достижение технического результата.
Закрепленный трос в устье шпура позволяет скрепляет слои пород, повышая их устойчивость, а также натягивать анкер при его ослаблении в результате сейсмического воздействия на него взрыва. Это способствует достижению технического результата.
Крепление троса в твердеющей смоле и устье шпура известно из описания аналога заявляемой полезной модели. Однако несущая способность анкера от этого не увеличивается. В заявке же на предполагаемую полезную модель несущая способность анкера увеличивается, что способствует достижению технического результата.
Длину участка трубы с дополнительно выполненными параллельно оси отрезка трубы продольными щелями принимают равной длине участка трубы заполненной твердеющей полимерной смолой. Это связанно с тем, что твердеющая полимерная смола наиболее эффективно сцепляется на участке анкера с прорезанными продольными щелями. На участках без щелей эта смола будет скользить по стенкам трубы. Это способствует достижению технического результата.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами (фиг.1, 2, 3).
На фиг.1 показан продольный разрез взрывораспорного анкера до взрыва.
На фиг.2 изображен продольный разрез взрывораспорного анкера после взрыва.
На фиг.3 изображен продольный разрез взрывораспорного анкера повышенной несущей способности.
Позиции взрывораспорного анкера с повышенной несущей способностью обозначены следующими цифрами.
1 - отрезок трубы размещенный в устье шпура.
2 - направляющий элемент в дне шпура.
3 - дополнительный отрезок трубы, расположенный между отрезком, размещенным в устье шпура, и направляющим элементам.
4 - внешний конус трубы.
5 - внутренний конус трубы.
6 - продольные щели на участке трубы с внешним конусом.
7 - элементы с выступами.
8 - элементы без выступов.
9 - отверстия отрезков трубы с внешним конусом.
10 - выступы.
11 - продольные пазы.
12 - линия внутреннего конуса.
13 - отрезок трубы с дном овальной формы.
14 - блок.
15 - гибкая нить.
16 - зажим.
17 - детонирующий шнур.
18 - цилиндрический участок труб прорезанный щелями П-образной формы.
19 - отгибы «языков».
20 - цилиндрический участок труб с продольными щелями, прорезанными параллельно оси отрезка трубы.
21 - трос, закрепленный в устье шпура.
22 - гайка для натяжения троса.
23 - опорная плита.
24 - втулка.
25 - полимерная твердеющая смола.
26 - стержень с резьбой.
Взрывораспорный анкер до взрыва детонирующего шнура состоит из двух, расположенных вдоль одной оси и соединенных между собой отрезков трубы и направляющего элемента (фиг.1). Отрезки трубы и направляющий элемент выполнены с равными между собой внешним и внутренним диаметрами. Отрезок трубы 1 размещен в устье шпура, направляющий элемент 2 в дне шпура, а дополнительный отрезок трубы 3 расположен между отрезком, размещенным в устье шпура, и направляющим элементом (фиг.1, 2). На участках соединений отрезков труб одна труба имеет внешний конус 4, а другая - внутренний конус 5 (фиг.1, 2). Длина участка трубы с внутренним конусом равна длине участка трубы с внешним конусом. Отрезки труб скреплены между собой посредством установки внешнего конуса 4 во внутренний конус 5 (фиг.1, 2). Участки отрезков труб с внешним конусом 4 выполнены с продольными щелями на участке трубы с внешним конусом 6, разделяющими внешний конус 4 на элементы с выступами 7, и элементы без выступов 8 (фиг.1, 2). Участки отрезков труб с внешним конусом выполнены с отверстиями 9 для установки в них выступов 10 элементов внешнего конуса и с продольными пазами 11 для перемещения выступов 10 в направлении отверстий 9 внутреннего конуса, которые расположены вдоль линии 12, разделяющей внутренние поверхности внутреннего конуса 5 и отрезка трубы (фиг.1, 2). Направляющий элемент 2, расположенный в дне шпура, выполнен в виде отрезка трубы с дном овальной формы 13, к которому прикреплен блок 14 с гибкой нитью 15, зажимом 16 для крепления детонирующего шнура 17. Гибкая нить 15 пропущена внутри отрезков труб (фиг.1). Цилиндрические участки труб прорезаны щелями П-образной формы 18, с возможностью отгиба «языков» 19. Параллельно оси отрезка трубы прорезаны продольные щели 20. Внутренняя полость по меньшей мере первого в направлении от направляющего элемента овальной формы отрезка трубы заполнена твердеющей полимерной смолой 25, с введенным в эту смолу отрезка каната 21,закрепленного в натянутом состоянии в устье шпура. При этом, длину участка отрезков трубы с дополнительно выполненными параллельно оси отрезка трубы щелями 20 принимают равной длине участка внутренней полости отрезков трубы, заполненной твердеющей полимерной смолой 25.
Взрывораспорный анкер повышенной несущей способности работает следующим образом.
Определяют: толщину скрепляемых взрывораспорными анкерами горных пород, длину анкера, и длину и количество соединяемых отрезков труб. Выбирают: диаметр шпура, внешний и внутренний диаметры трубы, а так же толщину ее стенки, марку стали отрезков труб. Устанавливают блок 14 с гибкой нитью 15 в направляющий элемент овальной формы 13, размещаемой в дне шпура. Два конца гибкой нити 15 пропускают через дополнительный отрезок трубы 3. Дополнительный отрезок трубы 3 соединяют с направляющим элементом 2. При этом, внешний конус 4 дополнительного отрезка трубы 3 устанавливают во внутренний конус 5 направляющего элемента 2. В процессе перемещения элементов внешнего конуса с выступами 7 по пазам 11 выступы 10 отклоняются от исходного положения по радиусу к оси дополнительного отрезка трубы 3. При установке выступов 10 элементов внешнего конуса с выступом 7 в отверстия 9 внутреннего конуса 5 направляющего элемента 2, выступы 10 элементов внешнего конуса с выступами 7 возвращаются за счет упругости металла трубы в исходное положение. Элементы внешнего конуса без выступов 8 устанавливаются при соединении внешнего и внутреннего конусов вплотную к внутреннему конусу 5.
Соединенные между собой - направляющий элемент 2 с дополнительным отрезков трубы 3 с пропущенными через них двумя гибкими нитями 15, устанавливают шпур. При установке оставляют участок дополнительного отрезка трубы 3, длиной 100 - 200 мм, не вводя его в шпур. Это необходимо для соединения дополнительного отрезка трубы 3 с отрезком трубы 1, размещаемой в устье шпура.
Пропускают два конца гибкой нити 15 по отрезку трубы 1, размещаемой в устье шпура, который затем соединяют с дополнительным отрезком трубы 3 посредством установки внешнего конуса 4 отрезка трубы 1, размещаемой в устье шпура, во внутренний конус 5 дополнительного отрезка трубы 3. Соединенные между собой три отрезка трубы - направляющий элемент 2, размещаемый в дне шпура, дополнительный отрезок трубы 3 и отрезок трубы 1, размещаемый в устье шпура, с пропущенными через них двух гибких нитей 15 перемещают по шпуру до его дна. К одному из концов гибкой нити 15 с помощью зажима 16 прикрепляют конец детонирующего шнура 17 и посредством гибкой нити 15 отгибающий блок 14, поднимают детонирующий шнур 17 к дну шпура. Закрепляют пропущенную через отрезок трубы 1, размещенной в устье шпура, гибкую нить 15. В результате детонирующий шнур 17 подвешивается внутри соединенных между собой трех отрезков труб, то есть по всей длине взрывораспорного анкера.
Взрывную сеть монтируют из всех отрезков детонирующего шнура, установленных во взрывораспорных анкерах, расположенных во взрываемом забое. Взрывную сеть из детонирующего шнура соединяют со взрывной сетью взрываемого забоя. Отрезки детонирующего шнура всех взрывораспорных анкеров взрывают первыми - одновременно, с опережением забойных шпуров на несколько секунд. При таком опережении взрывания детонирующего шнура по отношению к взрыванию шпуровых зарядов трубчатый анкер раздувается, скрепляясь со стенками шпура и врезаясь в них (фиг.2, 3). Врезание в стенки шпура происходит за счет вырезанных продольных щелей.
После взрыва детонирующего шнура внутреннюю полость взрывораспорного анкера проветривают с помощью трубки с сжатым воздухом. После подвигания проходческого забоя на расстояние, при котором воздействие взрыва шпуровых зарядов на гайку с опорной плитой отсутствует, во взрывораспорный анкер устанавливают трос 21, с втулками 24, гайкой для натяжения троса 22, опорной плитой 23, и заполняют полимерной твердеющей смолой 25. При перемещении троса 21, полимерная смола находится в ампуле, которая раздавливается тросом и смола 25 заполняет внутреннюю полость отрезка трубы с продольными щелями 20. Смола затвердевает. Производится натяжение троса 21 под действием закручивания гайки 22. Это повышает несущую способность взрывораспорного анкера и способствует достижению технического результата.
Несущая способность взрывораспорного анкера составляет 5 т (Широков А.П и др., Анкерная крепь. Справочник, М, Недра, 1990, 205 с., стр.54-55). Несущая способность тросового анкера с полимерной твердеющей смолой составляет 20 т (Логинов А.К. Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов, Издательство Московского государственного горного университета, М, 2006, 380 с, стр.72-74). Суммарная несущая способность взрывораспорного анкера повышенной несущей способности по заявляемой полезной модели составляет более 25 т (5 т + 20 т). Увеличение несущей способности связано с дополнительными силами сцепления анкера со стенками шпура, возникающими за счет твердеющей смолы в продольных щелях, прорезанных в стенках отрезков труб. Взрывораспорный анкер повышенной несущей способности формируют на трех участках. На первом участке забой крепят с применением опережающего крепления, которое закрепляет породы впереди забоя. При этом, конструкция взрывораспорного анкера для опережающего крепления соответствует конструкции взрывораспорного анкера по прототипу. Второй участок представлен взрывораспорными анкерами, показанными на фиг.1, 2. Длина этого участка соответствует расстоянию подвигания забоя, при котором взрывные работы оказывают воздействие на несущую способность анкеров. На третьем участке функционируют взрывораспорные анкеры повышенной несущей способности, представленные на фиг.3. Эти анкеры являются взрывораспорными анкерами временного крепления, но с усиленными элементами, повышающими их несущую способность - трос, твердеющая смола, опорная плита и т.д. Взрывораспорные анкеры повышенной несущей способности формируют после подвигания забоя на расстояние, при котором исключается снижение их несущей способности от воздействия на эти анкеры взрывных работ. Таким образом, при проходке горных выработок в породах средней и ниже средней устойчивости появляется возможность не только увеличить толщину скрепляемых горных пород, но и закрепить забой опережающим и временным креплениями. Это дополнительно повышает устойчивость горных выработок и безопасность работ, что способствует достижению технического результата.