КАНАТНЫЙ АНКЕР
ROPE ANCHOR

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления контура подземных горных выработок.
Крепь анкерная предназначена для крепления в сложных горно-геологических  и горнотехнических условиях, горизонтальных и наклонных горных выработок  на угольных  шахтах и рудниках при химическом способе закреплении стержней анкеров в скважинах (шпурах) диаметром 28…30 мм, пробуренных по углю и породе с прочностью на сжатие соответственно  10 и 25 Мпа, и бортов выработок с прочностью углей и пород на сжатие соответственно не менее  5МПа, а также  для крепления подвесной монорельсовой  дороги (ПМД) к кровле выработок и подвешивания различного вида грузов при закреплении в шпуре ампулами на основе минеральных композиций или полиэфирных смол (ампульный  способ).
Выработки, закрепленные анкерной крепью, решают проблему по транспортированию горной массы, доставки оборудования и материалов, передвижения людей. Крепь применяется совместно с опорными элементами различных конструкций, различными видами затяжки решетчатой и ампулами с быстротвердеющими полиэфирными или минеральными составами, время твердения которых после перемешивания в шпуре должно быть в пределах от 15 до  170 секунд в зависимости  от марки  применяемого состава.
Известен канатный анкер, который включает помещенный в шпур для взаимодействия с закрепляющим материалом и стенками шпура грузонесущий канат, хвостовая часть которого расположена в осевом отверстии опорной муфты посредством охватывающей центральную прядь грузонесущего каната втулки с конической поверхностью, переходящей в цилиндрическую, помещенную в цилиндрической части осевого отверстия опорной муфты, на внешней резьбовой поверхности которой помещена опорная гайка, герметизатор в виде толкателя цилиндрической формы, упругая втулка, пробка с отверстием для нагнетания закрепляющего материала и обратным клапаном. Анкер снабжен направляющей трубой, через которую проходит хвостовая часть грузонесущего каната, воздухоотводящей трубкой, монтажной гайкой, стаканом толкателя, при этом направляющая труба установлена герметично в кольцевой проточке торца опорной муфты, которая подпирает посредством опорной гайки стакан толкателя, охватывающего направляющую трубу и подпирающего торец упругой втулки, размещенной на поверхности направляющей трубы и опертой противоположным торцом в торец стальной втулки, закрепленной на направляющей трубе, при этом центральную прядь грузонесущего каната в направляющей трубе охватывает трубка, на поверхности которой размещены наружные пряди грузонесущего каната вместе с воздухоотводящей трубкой, которая вместе с наружными прядями грузонесущего каната охватывает коническую втулку и пропущена герметично через отверстие в пробке, которая присоединена к торцу опорной муфты посредством монтажной гайки, навинченной ниже опорной гайки, а отверстие для нагнетания закрепляющего материала в пробке с внутренней стороны перекрыто установленным между пробкой и опорной муфтой обратным клапаном лепесткового типа, а с наружной стороны посредством трубки для нагнетания закрепляющего материала связано с быстроразъемным соединением, связанным, в свою очередь, с нагнетательным рукавом. Отверстие для воздухоотводящей трубки в пробке выполнено уступной формы с резьбовой частью, в которую ввинчен штуцер, подпирающий уплотнительное кольцо, в осевом отверстии которого размещен конец воздухоотводящей трубки и жало заглушки, соединенной со штуцером с возможностью перекрытия отверстия воздухоотводящей трубки жалом (RU № 2352784).
Недостатком данного канатного анкера является сложность его конструкции и недостаточная надежность закрепления каната.
шн
шн
шп
шп
1
кл
зп
зп
кк
кл
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является канатный анкер, который включает ампулу с закрепляющей смесью, головку канатного анкера, канат из скрученных прядей, состоящих из множества проволок, ограничителей перемещения закрепляющей смеси, опорную шайбу, муфту с натяжной гайкой, защемляющий клин, причем, в качестве головки канатного анкера на расстоянии l=5-10 мм от конца каната установлен конический шнек, диаметр основания d которого определен из выражения d= 0,8d, где d - диаметр шпура, муфта на внешней поверхности имеет резьбу и гайку для натягивания каната, а на конце - шестигранную поверхность с цилиндрическим хвостовиком шириной l=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник, внутри муфта имеет канал для пропуска и крепления каната, повторяющий форму защемляющего клина, в котором выполнена деформационная щель и канал для пропуска прядей несущей части каната, имеющий коническую форму, переходящую в цилиндрическую, при этом длина защемляющего клина L = (11÷13)d, где d - диаметр защемленной несущей части каната, длина конической части клина L = (0,5÷0,7)L, а угол наклона конической поверхности защемляющего клина находится в диапазоне α=2,5÷3,5° (RU № 2626478).
Недостатком этого технического решения является недостаточная надежность закрепления каната и снижение прочностных характеристик каната.
Проблемой, разрешаемой настоящим техническим решением, является создание простой, эффективной и технологичной конструкции канатного анкера, в котором закрепление каната производится надежно и без снижения прочностных характеристик каната.
Технический результат состоит в том, что в заявляемом устройстве обеспечено простое и надежное закрепление каната без снижения прочностных характеристик каната. Повышена технологичность изготовления и установки, а также возросла конструктивная надежность и эффективность закрепления канатного анкера в шпуре.
шн
шн
шп
шп
1
кл
зп
зп
кк
кл
ш
ш
Решение поставленной задачи достигается тем, что канатный анкер, устанавливаемый в шпур, включает ампулу с закрепляющей смесью, головку канатного анкера, канат из скрученных прядей, состоящих из множества проволок, ограничителей перемещения закрепляющей смеси, опорную шайбу, муфту с натяжной гайкой, защемляющий клин, в качестве головки канатного анкера на расстоянии l=5-10 мм от конца каната установлен конический шнек, диаметр основания d которого определен из выражения d= 0,8d, где d - диаметр шпура, муфта на внешней поверхности имеет резьбу и гайку для натягивания каната, а на конце - шестигранную поверхность с цилиндрическим хвостовиком шириной l=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник, внутри муфта имеет канал для пропуска и крепления каната, повторяющий форму защемляющего клина, в котором выполнена деформационная щель и канал для пропуска прядей несущей части каната, имеющий коническую форму, переходящую в цилиндрическую, при этом длина защемляющего клина L = (11÷13)d, где d - диаметр защемленной несущей части каната, длина конической части клина L = (0,5÷0,7)L, а угол наклона конической поверхности защемляющего клина находится в диапазоне α=2,5÷3,5°, а защемляющий клин изготовлен по ЛГМ технологии, и ширина деформационной щели в нем l зависит от диаметра защемленной несущей части каната и находится в диапазоне l=2,2 ÷2,7 мм.
Сущность работы канатного анкера поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид расположения канатного анкера в шпуре.
На фиг. 2 дан вид и разрез муфты.
На фиг. 3 представлен вид и разрез защемляющего клина.
На фиг. 4 дан вид и натяжной гайки.
На чертежах приняты следующие условные обозначения: 1 - муфта, 2 - защемляющий клин, 3 - натяжная гайка , 4 - трубка направляющая, 5 - канат из скрученных прядей, 6 –стяжка из проволоки d4, 7 - стяжка из проволоки d3,  8 - резьба муфты, 9 - шестигранный конец муфты, 10 - цилиндрический хвостовик муфты, 11 - канал муфты, 12 - деформационная щель защемляющего клина 2.
Устройство работает следующим образом.
Ввод канатного анкера в шпур производится путем его вращения от бурильной установки. Канат 5 (Фиг. 1) головной частью при вращении разрушает ампулы, и закрепляющая смесь растекается по зазорам, закрепляя канатный анкер в шпуре, при этом материал ампул (пластик) препятствует процессам закрепления и перемешивания смеси.
шк
шк
шп
шп
Конический шнек, установленный в качестве головки канатного анкера на расстоянии 5-10 мм от забойного конца каната, зубками и/или винтовой нарезкой разрушает материал ампул и дополнительно перемешивает закрепляющую смесь, что способствует более прочному и быстрому закреплению канатного анкера в шпуре, при этом предотвращает распускание прядей каната 5 при вращении. Также предотвращают распускание прядей каната 5 при вращении стяжка 6 из проволоки d4 и стяжка 7 из проволоки d3. Диаметр основания конического шнека d выбирается по формуле d=0,8d, где d - диаметр шпура, что позволяет куски материала ампул перепускать из верхней части в низ шпура.
1
Нижний конец канатного анкера механически закрепляется на муфте 1 (Фиг. 2), которая на внешней поверхности имеет резьбу 8 и гайку 3 для натягивания каната 5. Направляющая трубка 4 облегчает закрепление каната 5 в муфте 1, которая на одном конце имеет шестигранную поверхность 9, а на другом - цилиндрическим хвостовик 10 шириной l=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник. Внутри муфта 1 имеет канал 11 для пропуска и крепления каната 5, повторяющий форму защемляющего клина 2. Закрепление каната 5 производится путем заклинивания несущей части каната 5 защемляющим клином 2, при этом производится постепенное натягивание каната 5 путем закручивания натяжной гайки 3 (Фиг. 4) на опорную шайбу по мере закрепления его в шпуре.
Шестигранная форма конца 9 муфты 1 и цилиндрический хвостовик 10 предусматриваются для удобства монтажа канатного анкера с использованием бурильной установки.
кл
зп
кл
зп
кк
кл
кк
ш
ш
Результаты исследований прочностных характеристик закрепления каната в муфте защемляющим клином показали, что наилучшими показателями обладает защемляющий клин 2 (Фиг. 3), изготовленный по ЛГМ технологии, имеющий следующие параметры: L=(11÷13)d, где L - длина клина 2, d - диаметр защемленных несущих прядей каната 5; L=(0,5÷0,7)L, где L - длина конической части клина 2; α=2,5÷3,5° - угол наклона конической поверхности; l=2,2÷2,7 мм, где l - ширина деформационной щели 12, которая после смятия заклинивает канат в муфте 1 «на мертво».
ЛГМ технология – это литьё по газифицируемым моделям — способ получения отливок, использующий модель, изготовленную из материала, который газифицируется при заливке расплавленного металла в литейную форму. Самым распространённым материалом для моделей является пенополистирол. В данном техническом решении главное преимущество ЛГМ технологии - повышение точности литья защемляющего клина позволяет оптимальным образом совместить противоречивые требования к размеру и форме защемляющего клина и ширине его деформационной щели.
В результате повышается технологичность изготовления и установки, а также возрастает конструктивная надежность и эффективность закрепления канатного анкера в шпуре.