ДЕРЕВЯННЫЙ АНКЕР

Техническое решение относится к горному делу, а именно к деревянным анкерным крепям, и применяется для крепления горных выработок.
Известен металлический замковый анкер типа АК-8у, (Анкерная крепь. Справочник. М., «Недра», 1990, стр. 35-37). Он состоит из несущего стержня с выштампованной головкой на одном конце и резьбой на другом конце, двух полувтулок с рифленой наружной поверхностью, расположенных в верхней части несущего стержня на его внутреннем конце, шайбы и гайки.
Недостатками известного металлического замкового анкера при креплении горных выработок, пройденных в массиве полезного ископаемого, подлежащего в последующем механизированной или буровзрывной выемке, являются: создание помех при выемке полезного ископаемого, его транспортировке и дальнейшей переработке, а также возникновение искрения при срезе металлического анкера зубцами исполнительного органа комбайна, что может привести к пожару или взрыву метана.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является деревянный анкер (А.П. Широков, B.C. Евсеев, В.А. Лидер. Теория и практика применения деревянной анкерной крепи. Кемеровское книжное издательство, 1973 г., с. 16), состоящий из несущего стержня с двумя взаимно-перпендикулярными щелями по концам, распорного элемента в виде клина, установленного в щель на внутреннем конце несущего стержня, гофрированных полувтулок, расположенных на его внутреннем конце, опорного элемента в виде утолщения на наружном конце и распорного элемента в виде клина, установленного в щель на наружном конце несущего стержня.
Недостатком данного деревянного анкера является то, что при установке несущего стержня в скважину, возникают дополнительные усилия на стенки скважины от металлических полувтулок, которые в свою очередь давят с еще большим боковым усилием по мере продвижения клина в несущий стержень. Это затрудняет его ввод в скважину - происходит деформирование, разрушение и осыпание стенок скважины, что снижает надежность крепления горного массива. Также отсутствует предварительное натяжение несущего стержня. Это создает условия для расслоения горного массива, что снижает надежность его крепления и несущую способность деревянного анкера.
Технической задачей является повышение надежности крепления горного массива за счет увеличения несущей способности деревянного анкера и установки его с предварительным натяжением.
Поставленная задача решается тем, что у деревянного анкера, включающего несущий стержень с продольной щелью на внутреннем конце, в которую установлен распорный элемент в виде клина, опорный элемент в виде утолщения на наружном конце с опорной шайбой и полувтулки, расположенные на несущем стержне со стороны его внутреннего конца, согласно техническому решению на внутреннем конце несущего стержня в верхней его части выполнен усеченный конус, образующий на несущем стержне ступеньку, при этом полувтулки смонтированы на ней.
Выполнение на внутреннем конце несущего стержня в верхней его части усеченного конуса, образующего на несущем стержне ступеньку, позволяет смонтировать на ней полувтулки, чтобы при вводе несущего стержня в скважину они не нарушали ее целостности, но при этом деревянный анкер надежно заклинивался и закреплял горные породы.
Целесообразно на наружном конце несущего стержня в контакте с опорной шайбой установить упругий элемент, который позволит произвести предварительное его натяжение, в результате снизить расслоение горных пород, а значит, повысить надежность крепления горного массива.
Целесообразно чтобы внутренняя поверхность полувтулок была выполнена гладкой, а наружная поверхность - ребристой, например, в виде елочки, обладающей уменьшенным встречным углом, образуемым ребрами полувтулок со стенками скважины, что облегчает ввод деревянного анкера в скважину и обеспечивает достаточно высокую надежность первоначального его закрепления.
На полувтулки может быть установлено монтажное кольцо, которое позволит удерживать их на ступеньке усеченного конуса, что существенно облегчает ввод несущего стержня в скважину.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения деревянного анкера и чертежами фиг. 1-4, где на фиг. 1 изображен деревянный анкер на стадии его установки, общий вид, с частичным продольным разрезом по его оси симметрии; на фиг.2 - разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 изображен деревянный анкер в скважине, общий вид, с частичным продольным разрезом по его оси симметрии с поворотом на 90°, в рабочем состоянии; на фиг.4 показано сечение B-B на фиг. 3 после установки деревянного анкера в скважину.
Деревянный анкер включает несущий стержень 1 (фиг. 1-4) с продольной щелью 2 на внутреннем конце, в которую установлен распорный элемент 3 в виде клина, опорный элемент 4 в виде утолщения на наружном конце несущего стержня 1 с опорной шайбой 5 и полувтулки 6, расположенные на несущем стержне 1 со стороны его внутреннего конца. На внутреннем конце несущего стержня 1 в верхней его части выполнен усеченный конус, образующий на несущем стержне 1 ступеньку 7, при этом полувтулки 6 смонтированы на ней. На наружном конце несущего стержня 1 в контакте с опорной шайбой 5 установлен упругий элемент 8. На полувтулки 6 установлено монтажное кольцо 9 для их удержания на несущем стержне 1. Внутренняя поверхность полувтулок 6 выполнена гладкой, а наружная поверхность - ребристой, например, в виде елочки, обладающей уменьшенным встречным углом, образуемым ребрами полувтулок 6 со стенками скважины 10, что облегчает ввод несущего стержня 1 в скважину 10 и обеспечивает надежное крепление горного массива.
Перед установкой деревянного анкера в скважину 10 производят его сборку следующим образом. На опорный элемент 4 наружного конца несущего стержня 1 устанавливают опорную шайбу 5, например, из фанеры, металла, дерева и т.д., и упругий элемент 8, например, из вакуумной резины. На внутренний конец несущего стержня 1, в месте расположения усеченного конуса, на ступеньке 7 монтируют полувтулки 6, которые крепят монтажным кольцом 9, а в продольную щель 2 устанавливают распорный элемент 3 в виде клина.
Деревянный анкер работает следующим образом. Несущий стержень 1 вводят в скважину 10 до упора в дно. Затем периодичными ударами по наружному концу несущего стержня 1 известными способами (ручным, пневмоударным или гидравлическим инструментом) производят установку деревянного анкера, плотно прижимают упругий элемент 8 к устью скважины 10, создавая первоначальное натяжение несущего стержня 1 за счет деформации упругого элемента 8. После ввода деревянного анкера 1 в скважину 10, распорный элемент 3 в виде клина прижимает полувтулки 6 к стенкам скважины 10, а упругий элемент 8 позволяет произвести предварительное его натяжение. Это обеспечивает надежность крепления горного массива и повышает несущую способность деревянного анкера 1. Первоначальное натяжение деревянного анкера определяют визуально по сжатию упругого элемента 8. Также упругий элемент 8 осуществляет герметизацию полости скважины 10 от влияния атмосферы в выработке, что важно при установке деревянного анкера в мерзлых породах, обеспечивает не жесткий, а упругий контакт с массивом и после прохождения сейсмических волн, например, вызванных взрывом зарядов в забое выработки.