СТЕРЖЕНЬ АНКЕРНЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к отрасли горной промышленности, в частности к стержню анкерному динамическому крепи анкерной, и может быть использована для крепления горных выработок рудников и шахт в различных горно-геологических условиях, в том числе в массиве горных пород, в котором возможно динамическое проявление горного давления.
Горно-геологические условия определяются типом месторождения полезного ископаемого, глубиной залегания полезного ископаемого, составом и характеристиками вмещающих пород. К основным горно-геологическим условиям относятся прочность и устойчивость горных пород (полезного ископаемого и вмещающих пород); размеры месторождений по простиранию, углу падения и мощности; морфология месторождения; гидрогеологические условия и др.
К динамическому проявлению горного давления относятся, в частности, внешние признаки удароопасности (шелушение, динамическое заколообразование, стреляние), а также собственно горные удары как локального, так и регионального происхождения, влекущие за собой неконтролируемое вывалообразование горных пород, и, как следствие, разрушение горных выработок, куполообразование, нарушение технологических коммуникаций и т.д.
Для обеспечения безопасности горных выработок в горно-геологических условиях, в которых возможно динамическое проявление горного давления, наибольшую популярность в мире получили так называемые крепи анкерные динамические. Они бывают различных видов по способу исполнения (конструкции), по типу закрепления и по принципу действия для различных горно-геологических и горно-технических условий.
В US 8899883 B2 (опубл. 02.12.2014) описан стрежень анкерный с избирательно деформируемыми участками. Известный стержень анкерный имеет недеформируемые крайние участки и по меньшей мере один динамический участок, деформируемый в осевом направлении. Крайние участки снабжены средствами для фиксирования анкера в шпуре химическим методом с помощью двухкомпонентных ампул, выполненными в виде ребер, канавок, выступов и тому подобного. Динамический участок выполнен цилиндрическим по существу с гладкой поверхностью. При возникновении динамических нагрузок, например, во время взрыва или расширения породы, динамический участок стержня удлиняется и поглощает динамическую энергию горного удара, а сам анкерный стержень не разрушается. К недостаткам известного анкерного стержня можно отнести сложность конструкции, связанную с изготовлением его участков с различными типами поверхностей, а также факт сцепления отвержденного закрепляющего состава с поверхностью стержня анкерного по всей его длине, включая динамический участок, что влечет за собой возможное несрабатывание динамического участка во время динамического проявления горного давления, а также некачественное перемешивание двухкомпонентного химического закрепляющего состава в ряде случаев, что может негативно повлиять на несущую способность анкера.
В US 8485758 B2 (опубл. 16.07.2013) описан податливый стержень анкерный для крепления горных выработок, выбранный в качестве наиболее близкого аналога. Известный стержень анкерный закрепляется в шпуре химическим методом с помощью цементирующего состава, который перемешивается выполненным в виде лопатки заглубляемым концом стержня. Средний участок стержня анкерного выполнен гладким и плотно покрыт оболочкой из термоусаживаемого пластика, закрепленной термоусадкой радиально вокруг стержня. Эта оболочка механически соединена со стержнем и обеспечивает заданное осевое скольжение стержня относительно оболочки при приложении динамических нагрузок. Однако значения силы трения между стержнем и окружающей его оболочкой велики и препятствуют деформации стержня при воздействии динамических нагрузок, поскольку по существу вся его поверхность выполнена гладкой и покрыта термоусаженной пластиковой оболочкой. С другой стороны, гладкая пластиковая оболочка не имеет развитой поверхности для сцепления с горным массивом посредством закрепляющего состава, что приводит к снижению несущей способности анкера. Кроме этого, незначительные размеры концевого участка в виде лопатки не обеспечивают необходимой степени перемешивания закрепляющего состава для надежного фиксирования анкерного стержня в шпуре.
Задачей настоящей полезной модели является создание анкерного стержня для крепления горных выработок в горно-геологических условиях, в которых возможно динамическое проявление горного давления, обеспечивающего сохранение целостности горных выработок при возникновении тех или иных горно-динамических проявлений.
Технический результат заключается в повышении уровня безопасности ведения горных работ, повышении надежности анкерной крепи, высокой степени поглощения динамических нагрузок, повышении прочности закрепления анкера в шпуре.
Указанный технический результат достигается за счет того, что стержень анкерный динамический для крепления горных выработок, имеющий участок для перемешивания закрепляющего состава и для фиксации стержня в горном массиве, расположенный на его заглубляемом конце, и динамический участок с закрепленной на нем пластиковой трубкой, расположенный между участком для перемешивания и противоположным ему концом стрежня, имеет винтовой профиль по всей своей длине, причем на участке перемешивания закреплена перемешивающая спираль, и пластиковая трубка динамического участка закреплена на стержне со стороны его заглубляемого конца.
При возникновении горно-динамического проявления стержень анкерный винтового профиля поглощает энергию динамического удара и деформируется путем удлинения на динамическом участке, так как на данном участке стержень анкерный не связан с горной породой контура шпура быстротвердеющим закрепляющим составом. Участки же стержня анкерного винтового профиля, находящиеся вне динамической секции, надежно сцепленные с горной породой по контуру шпура закрепляющим составом, равномерно перемешанным и распределенным по всей глубине шпура за счет перемешивающей спирали, остаются неподвижными. Винтовой профиль стержня анкерного на динамическом участке обеспечивает улучшенные технические показатели этого участка анкера по относительному удлинению и прочности на разрыв в момент воздействия на анкер динамических нагрузок. Винтовой профиль стержня анкерного на концевых участках обеспечивает увеличенную по сравнению с гладким профилем площадь сцепления анкера закрепляющим составом с горным массивом. Таким образом, анкерная крепь, содержащая такой стержень анкерный, не разрушается при возникновении высоких динамических нагрузок и сохраняет целостность горной выработки, а также обеспечивает безопасную эксплуатацию горной выработки.
Винтовой профиль стержня анкерного может представлять собой винтовой периодический профиль. Соотношение параметров резьбы анкера винтового периодического профиля высота ребра/ширина ребра/шаг резьбы является оптимальным в динамической системе крепи анкерной и обеспечивает максимальную площадь сцепления анкера закрепляющим составом с горным массивом. Площадь сцепления увеличивается минимум на 25% по сравнению с известными конструкциями динамических анкеров.
Пластиковая трубка на динамическом участке стержня анкерного может контактировать с винтовым профилем стержня только по ребрам его винтовой поверхности. За счет этого трение между внутренней поверхностью пластиковой трубки и стержнем анкерным в динамической секции снижается, по меньшей мере, в 2 раза, обеспечивая тем самым улучшение технических показателей этого участка анкерного стержня по относительному удлинению и прочности на разрыв в момент воздействия на анкер динамических нагрузок.
Пластиковая трубка может быть закреплена на стержне анкерном посредством обжимного кольца. Такое закрепление обеспечивает достаточную степень фиксации, необходимую для надежной работы динамической секции стержня анкерного.
Перемешивающая спираль может быть выполнена в виде пружины и закреплена на стержне анкерном сваркой, по меньшей мере, в двух точках по ее концам.
Полезная модель подробно поясняется при помощи чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - общий вид стержня анкерного;
Фиг. 2 - динамический участок (разрез).
На Фиг. 1 показан стержень 1 анкерный, имеющий винтовой профиль по всей своей поверхности. Стержень 1 анкерный выполнен из стали и имеет длину, соответствующую требуемой глубине заложения анкеров в массиве горных пород согласно паспорту крепления горной выработки.
Стержень 1 анкерный имеет участок 2 для перемешивания закрепляющего состава и для фиксации стержня 1 анкерного в горном массиве, расположенный на его заглубляемом конце, с закрепленной на нем перемешивающей спиралью 3. Эта спираль обеспечивает качественное перемешивание закрепляющего состава, например, двухкомпонентного полиэфирного состава в ампулах, его равномерное распределение в шпуре, а также центровку анкера в шпуре. В частном случае выполнения полезной модели перемешивающая спираль 3 выполнена в виде пружины из стали с широким шагом навивки, закрепленная сваркой по своим концам. Длина перемешивающей спирали варьируется в зависимости от длины стержня анкерного. Этим концом стержень анкерный устанавливается в шпур и фиксируется в нем с помощью закрепляющего состава.
Между участком 2 стержня 1 анкерного для перемешивания закрепляющего состава и противоположным ему концом стрежня 1 анкерного расположен динамический участок 4 с закрепленной на нем пластиковой трубкой 5. Пластиковая трубка 5 предназначена для изоляции участка стержня 1 анкерного от сцепления с горной породой по контуру шпура закрепляющим составом и зафиксирована на стержне 1 анкерном, например, при помощи обжимного кольца 6, например, из меди или стали. Длина пластиковой трубки 5 зависит от требуемой энергии поглощения динамического воздействия и подбирается индивидуально с учетом длины стержня 1 анкерного. Диаметр пластиковой трубки 5 пропорционально зависит от диаметра стержня 1 анкерного.
На фиг. 2 показан динамический участок стержня 1 анкерного в разрезе. Пластиковая трубка 5 контактирует с винтовым профилем стержня 1 анкерного только по ребрам его винтовой поверхности.
Полезная модель работает следующим образом.
На этапе производства стержня анкерного:
На стержень 1 анкерный надевается пластиковая трубка 5 необходимой длины, которая при помощи обжимного кольца 6 фиксируется на теле стержня 1 анкерного, образуя динамический участок 4. После этого на конец стержня 1 анкерного со стороны обжимного кольца 6 насаживается перемешивающая спираль 3, которая при помощи сварки по двум ее концам фиксируется на стержне 1 анкерном.
На этапе установки крепи анкерной:
В пробуренный в горном массиве шпур подается закрепляющий быстротвердеющий состав, например, полимерные ампулы с двухкомпонентным полиэфирным составом в необходимом количестве. Далее стержень анкерный с насаженной на него опорной шайбой и завинченной на него гайкой, зафиксированной на стержне анкера, например, при помощи штифта, устанавливается в шпиндель анкероустановщика любого типа и подается в шпур. При подаче стержня анкерного в шпур включается вращение анкероустановщика, в результате чего закрепляющий полимерный состав ампулы начинает перемешиваться и равномерно заполнять кольцевой зазор между стенкой шпура и телом анкера по всей длине шпура. Качественное перемешивание обеспечивается перемешивающей спиралью. После подачи стержня анкерного до дна шпура происходит домешивание закрепляющего состава в течение 2-5 секунд. Далее вращение анкероустановщика останавливают. Через 20-45 секунд стержень анкерный закрепляется в шпуре посредством сформированной полимерной закрепляющей втулки. При помощи анкероустановщика производится срыв штифта или иного устройства фиксации гайки, и гайка закручивается на стрежень анкерный до достижения требуемого натяжения анкера, обеспечивающего плотное прилегание опорной шайбы к горному массиву.
Аналогичным образом происходит установка всех анкеров со стержнем анкерным динамическим на всем участке крепления горной выработки.
В случае возникновения геодинамических проявлений возникает резкое нарастание горного давления на контур горной выработки. При этом через узел «гайка - опорная шайба» возникшие динамические силы передаются на стержень анкерный, который резко деформируется путем его удлинения на динамическом участке с сохранением несущей способности анкера, т.е. компенсирует (поглощает) энергию динамического удара. Это решение позволяет сохранить проектное сечение (контур) горной выработки, поглощая энергию, возникающую при геодинамических проявлениях в горных породах.