АНКЕР ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА ВЫРАБОТКИ

Полезная модель относится к горному делу, в частности к конструкции анкерной крепи для упрочнения приконтурного массива выработок.
Известен анкер, включающий грузонесущий стержень с периодическим профилем, содержащий на головном конце винт (патент на изобретение №2175063, кл. Е21Д 21/00 с приоритетом от 10.08.1999 г.).
Недостатком известного анкера является то, что при введении его в однокамерную ампулу с минеральной композицией винт разрушает внешнюю оболочку ампулы из нетканого материала без расширения и разрыва ее. В результате большая часть закрепляющего материала остается в оболочке и адгезия его со стенками шпура снижается.
В качестве прототипа принята анкерная крепь, включающая грузонесущий стержень периодического профиля с противоположно направленным шнеком на головном конце и наклонной к оси стержня поверхностью торца (патент РФ на изобретение №2201506, кл. Е21Д 21/00, приоритет от 13.12.2000 г., опубликован в 2003 г., Б. №9).
Недостаток известной анкерной крепи заключается в том, что увеличивается сопротивление анкера при его введении в шпур, предварительно заполненный ампулами с закрепляющим материалом, и при увеличенном интервале закрепления сопротивление вращению может превосходить возможности буровой машины. В результате анкер может быть установлен не на полную длину. Кроме того, возникает необходимость в выполнении хвостовика стержня с резьбой под гайку, что повышает трудоемкость изготовления анкера.
Техническим результатом полезной модели является снижение сопротивления подаче и вращению анкера при его установке, а также упрощение его
изготовления.
Предложен анкер для упрочнения приконтурного массива горных выработок, включающий грузонесущий стержень с головной частью и хвостовиком, имеющий рельефную поверхность в виде винта, шнек, установленный на головной части грузонесущего стержня, опорную шайбу и гайку, размещенные на его хвостовике.
С
С
Отличием является то, что винтовые линии шнека и гайки выполнены по направлению и шагу конгруэнтными рельефной винтовой поверхности грузонесущего стержня, при этом внешний диаметр шнека принят равным (1,15÷1,35)·d, где d - диаметр грузонесущего стержня.
В предложенном анкере винтовая рельефная поверхность на грузонесущем стержне по направлению и шагу совпадает с винтом шнека, что значительно снижает сопротивление вращению анкера при его установке, при этом выполнение внешнего диаметра шнека по предложенной математической зависимости обеспечивает постоянный кольцевой зазор между стенками скважины и шнеком примерно 2 мм, что предопределяет более качественное взаимодействие между анкером, закрепляющим материалом и стенками скважины. При конгруэнтных винтовых линиях опорная гайка навинчивается непосредственно на рельефную поверхность грузонесущего стержня и при этом отпадает необходимость в выполнении специального хвостовика с резьбой, что снижает трудоемкость изготовления анкера.
После установки анкера в проектное положение, благодаря качественному разрушению оболочки однокамерной ампулы, минеральная композиция взаимодействует с неровными стенками шпура по всей площади контакта, уплотняется под шнеком, отвердевает и создает высокое сопротивление сдвигу при нагружении анкера, не уступающее сопротивлению стержня на разрыв.
Сущность предложения поясняется чертежом, где на фиг. представлен общий вид анкера.
Анкер для крепления приконтурного массива выработки содержит грузонесущий стержень 1 с рельефной поверхностью 2, образованной правым
С
С
винтом с двусторонними разрывами сплошности 3 по длине стержня, шнек 4 на головной части, опорную шайбу 5 и гайку 6. Торец грузонесущего стержня 1 на головном участке выполнен со скосом под углом около 45° относительно продольной оси грузонесущего стержня. Шнек 4 (~1,5 витка) установлен на головной части грузонесущего стержня 1 и имеет одинаковое направление винта относительно рельефа поверхности стержня. Шнек имеет внешний диаметр, превышающий диаметр грузонесущего стержня на 15-35%, т.е. равен (1,15-1,35)·d, где d - диаметр грузонесущего стержня. Таким образом, поверхность шнека имеет выступ за профиль рельефной поверхности стержня, обеспечивая кольцевой зазор со стенками скважины примерно 2 мм. Хвостовик 7 имеет такой же винтовой профиль, что и стержень, и непосредственно на него установлена гайка 6.
Рельеф поверхности грузонесущего стержня выполнен с разрывом сплошности с двух сторон вдоль оси. Разрыв сплошности необходим для уменьшения усилия подачи анкера.
Закрепление анкера происходит следующим образом. После бурения скважины ампулы с минеральной композицией замачивают в воде 12-30 с, а затем вводят в устье скважины и досылают стержнем анкера 1 до упора в дно. Далее хвостовик 7 анкера подсоединяют через переходник к буровой машине и путем подачи с вращением вводят анкер в шпур на требуемую глубину. При этом анкер ввинчивается в ампулы, разрушая их оболочку скошенным торцом стержня 1 и шнеком 4, и разрушенные части оболочки ампул перемешиваются с минеральной композицией, армируя ее волокнами. В начальный период установки анкера шнек имеет скорость вращения, близкую к скорости вращения грузонесущего стержня, что ускоряет разрушение ампул. Затем сопротивление его вращению увеличивается, шнек замедляет вращение и начинает уплотнять нижележащие слои, препятствуя утечке минеральной композиции из зоны замка. Минеральная композиция взаимодействует с неровными стенками скважины, шнеком и рельефом поверхности 2 грузонесущего стержня. В процессе
введения анкера в минеральной композиции возникает некоторое начальное избыточное давление. После введения анкера на заданную глубину вращение и подачу его прекращают и от хвостовика 7 отсоединяют переходник и буровую машину. На хвостовик анкера надевают опорный элемент 5 и гайкой 6 и осуществляют предварительное натяжение анкера без отверждения минеральной композиции. При этом вследствие малого кольцевого зазора между шнеком 4 и стенками скважины (~2 мм) и изменяющейся функции шнека в минеральной композиции возникает избыточное давление. Под его влиянием вода отжимается в поры и трещины породных стенок скважины и к устью скважины. Обезвоженная смесь начинает твердеть и подвергаться сдвигу. При этом сопротивление сдвигу возрастает по мере перемещения шнека к устью скважины. При смещении примерно на 15 мм сопротивление сдвигу возрастает до 4-5 тс. Этой величины достаточно для предварительного натяжения анкера. После предварительного натяжения он находится в эксплуатации, обеспечивая устойчивость контура выработки. Сопротивление минеральной композиции сдвигу через 5 ч резко возрастает до уровня прочности грузонесущего стержня на разрыв.
Под действием избыточного давления в скважинах водоприток до 20 л/мин прекращается.
Конгруэнтное выполнение винтов профильной поверхности грузонесущего стержня анкера и его шнека, а также разрыв сплошности винта на поверхности стержня снижают сопротивление подаче и вращению при установке анкера, а наличие кольцевого зазора (~2 мм) и влияние шнека обеспечивают эффективное взаимодействие между грузонесущим стержнем, закрепляющим материалом и стенками скважины.