ТРУБЧАТЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ АНКЕР

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к анкерному креплению горных выработок, и используется для крепления бортов и кровли горных выработок в рудниках и шахтах.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
АНКЕР - несущий элемент конструкции (системы), устанавливаемый в шпур и обеспечивающий восприятие и передачу осевых и поперечных нагрузок, обусловленных горным давлением, на устойчивую часть горного массива (ГОСТ 31559-2012 «КРЕПИ АНКЕРНЫЕ Общие технические условия», п. 3.1.а.1).
ФРИКЦИОННЫЙ АНКЕР: Анкер, в проектном положении оказывающий сопротивление воздействующим на него нагрузкам за счет сил трения, возникающих между составными частями распорной зоны анкера и строительным основанием (ГОСТ Р 57787-2017 «КРЕПЛЕНИЯ АНКЕРНЫЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА». Термины и определения. Классификация, п. 18).
н.а.
НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ АНКЕРА, Р, кН - предельная нагрузка в жестком режиме работы  (ГОСТ 31559-2012 КРЕПИ АНКЕРНЫЕ Общие технические условия, п. 3.1.1).
Известна анкерная крепь, включающая стержень, две конусные гайки, две четырехперые гильзы с выступами, хомут и шайбу (см. Широков А.П. Анкерная крепь в горнодобывающей промышленности. Кемеровское книжное издательство, 1973, с.55-56). Недостатком крепи является сложность конструкции и технологии изготовления. Кроме того, закрепление анкера в зонной части скважины обуславливает ненадежность при установке крепи в сложных породах, где требуется закрепление стержня анкера в каждом отдельном слое породы.
Известен трубчатый фрикционный анкер, включающей трубчатый металлический стержень с продольной щелью по всей длине (патент США №3922867 на изобретение «Friction rock stabilizers», МПК E21D 21/00; F16B 13/00, опубл. 02.12.1975). Недостаток известного анкера заключается в том, что для упругого сжатия стенок трубчатого анкера при вдавливании его в шпур необходимо прилагать большие усилия. Для этого требуются громоздкие домкраты, развивающие усилие до 150 кН или применение мощных ударных перфораторов, использование которых повышает затраты на установку анкерной крепи. Кроме того, при вдавливании или забивании в шпур сжимаемого трубчатого стержня, стенки шпура разрушаются, что снижает в последующем несущую способность крепи.
Известен наиболее близкий по совокупности существенных признаков и выбранный в качестве прототипа трубчатый фрикционный анкер, состоящий из полого стержня с хвостовой цилиндрической частью и передней конической частью и опорного кольца из стальной проволоки круглого сечения для фиксирования опорной плиты, жестко закрепленного на хвостовой части стержня на расстоянии 4÷6 мм от края. Хвостовая часть трубчатого стержня, выступающая из кольца, имеет доходящие до кольца дополнительные прорези. Кольцо выполнено разомкнутым. Полый стержень содержит длинную продольную прорезь, проходящую по всей длине полого стержня, параллельно его продольной оси. На конце передней конической (забойной) части анкера, противоположно длинной продольной прорези, расположена короткая продольная прорезь, не превышающая длины конической части стрежня, предпочтительная длина короткой прорези составляет около 100 мм (патент РФ № 171624 на полезную модель «АНКЕР ТРУБЧАТЫЙ ФРИКЦИОННЫЙ», опубл. 07.06.2017, МПК E21D 21/00). Наличие короткой продольной прорези на передней части полого стержня обеспечивает возможность его обжатия и формирования конусной части в передней части анкера, и как следствие, снижает усилия для вдавливании его в шпур. Недостатком известного анкера является недостаточно высокая несущая способность, что снижает надежность опорной конструкции безопасность ведения горных работ.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание трубчатого фрикционного анкера, характеризующегося улучшенными техническими характеристиками.
Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении несущей способности анкера и, как следствие, повышении надежности опорной конструкции и безопасности горных работ.
Указанный технический результат достигается тем, что  трубчатый фрикционный анкер содержит: полый стержень с хвостовой цилиндрической частью и передней конической частью; опорное кольцо для фиксирования опорной плиты, жестко закрепленное на хвостовой части стержня. Полый стержень содержит продольную прорезь, проходящую по всей длине полого стержня,  и две прорези, расположенные в передней конической части полого стержня, длина каждой из которых не превышает длины конической части  и  составляет диапазон 65±10 мм. Продольные оси всех прорезей расположены на равноудалённом расстоянии друг от друга, т.е. угловое расстояние между продольными осями соседних прорезей составляет 120°.
Предпочтительно, чтобы трубчатый фрикционный анкер содержал антикоррозионную защиту, в качестве которой может быть использовано лакокрасочное покрытие, и/или горячее термодиффузионное цинковое покрытие, и/ или газотермическое цинковое покрытие, и/или полимерное покрытие.
В отдельных случаях исполнения опорное кольцо может быть закреплено на кромке хвостовой цилиндрической части полого стержня.
В отдельных случаях исполнения опорное кольцо может быть выполнено замкнутым или разомкнутым.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с прототипом показал, что во всех случаях исполнения она отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- наличием двух продольных прорезей на конце передней конической части полого стержня;
- выполнением длины каждой из двух продольных прорезей на конце передней конической части полого стержня, составляющей  диапазон 65± 10 мм;
- расположением продольных осей  всех прорезей (длинной и двух коротких) на равноудалённом расстоянии друг от друга.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с прототипом показал, что в отдельных случаях исполнения она отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- выполнением полого стержня, содержащим антикоррозионную защиту;
- использованием в качестве антикоррозионной защиты лакокрасочного  покрытия, и/или горячего термодиффузионного цинкового покрытия, и/ или газотермического цинкового покрытия, и/или полимерного покрытия;
- выполнением опорного кольца, закрепленным на кромке хвостовой цилиндрической части полого стержня;
- выполнением опорного кольца замкнутым.
Наличие двух продольных прорезей на конце передней конической части полого стержня, длина каждой из которых составляет  диапазон 65±10 мм, позволяет сократить длину конической части анкера, формируемой путем обжатия, за счет чего увеличивается длина цилиндрической части и, соответственно, увеличивается фрикционная поверхность анкера. Выполнение всех прорезей с расположением продольных осей на равноудалённом расстоянии друг от друга обеспечивает равномерное обжатие передней части стержня при формировании конической части и облегчает вдавливание анкера в шпур. Диапазон длины прорезей на конце передней конической части полого стержня (65±10 мм) определен опытным путем, как наиболее оптимальный. При длине прорези, превышающей указанный диапазон, недостаточно увеличивается фрикционная поверхность анкера. При длине прорези менее указанного диапазона затрудняется формирование конической части.
Использование антикоррозионной защиты - лакокрасочного покрытия, и/или горячего термодиффузионного цинкового покрытия, и/или газотермического цинкового покрытия, и/или полимерного покрытия, как самостоятельно, так и совместно, повышает надежность анкера и срок его службы.
Выполнение в отдельных случаях опорного кольца, закрепленным на кромке хвостовой цилиндрической части полого стержня, обеспечивает дополнительное увеличение длины цилиндрической части, и как следствие, увеличение фрикционной поверхности анкера.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 представлен схемный чертеж трубчатого фрикционного анкера, общий вид.
На фиг. 2 представлен схемный чертеж трубчатого фрикционного анкера, разрез А-А на фиг. 1.
к
В предпочтительном варианте исполнения трубчатый фрикционный анкер содержит полый стержень 1 с хвостовой цилиндрической частью 2 и передней конической частью 3 и опорное кольцо 4 для фиксирования опорной плиты (на чертеже не показана), жестко закрепленное на хвостовой части 3 стержня 1. Полый стержень 1 содержит продольную прорезь 5, которая  проходит по всей длине полого стержня 1 и две продольные прорези 6, 7, расположенные на конце передней конической части 3 полого стержня 1. Длина l коротких прорезей 6, 7 не превышает длины l конической части 3 стрежня 1. Продольные оси y1, y2, y3 прорезей 5, 6, 7 расположены на равноудалённом расстоянии друг от друга, т.е. угловое расстояние между продольным осями y1, y2, y3 соседних прорезей 5, 6, 7 составляет 120°. Опорное кольцо 4  может быть закреплено на кромке хвостовой цилиндрической части 2 полого стержня 1, или на некотором расстоянии от нее. Предпочтительно, чтобы длина l каждой из прорезей 6, 7 составляла диапазон 65±10 мм. В отдельных случаях исполнения  опорное кольцо 4 может быть выполнено замкнутым или разомкнутым. Полый стержень 1 содержит антикоррозионную защиту (на чертеже не показано), в качестве которой может быть использовано: или лакокрасочное покрытие, и/или горячее термодиффузионное цинковое покрытие, и/ или газотермическое цинковое покрытие, и/или полимерное покрытие,  как самостоятельно, так и совместно. Минимальная длина анкера L составляет 1, 2 м, согласно ГОСТ 31559-2012 КРЕПИ АНКЕРНЫЕ Общие технические условия, п. 5.1.5а.3.
Полезная модель работает следующим образом.
Полый трубчатый стержень 1, диаметр которого несколько больше диаметра шпура, передним коническим концом 3 вводят в шпур и ударным поступательным воздействием перфоратора на хвостовую часть 2 анкера досылают до момента поджатия опорной плитой (на чертеже не показана) массива горных пород. При установке в шпур анкер 1 обжимается его стенками и, упруго деформируясь, уменьшается в диаметре. Продольная прорезь 5 трубчатого стержня 1 незначительно смыкается. Действующие при этом распорные усилия достаточны для удержания в шпуре анкера и элементов крепления выработки (сетки, верхняков и т.п.), которые на чертежах не показаны.