Фрикционный анкерный стержень

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при креплении горных выработок.
Анкера фрикционного действия в настоящее время достаточно известны.
В настоящее время известно большое количество разнообразных конструкций фрикционных анкеров, применяемых в горной промышленности, например, авторское свидетельство SU1677444, полезные модели RU 187334, RU 2681323, RU 190217, патенты US 4126004, EP0600007B1 МПК E21D21/00. Данные анкерные крепи содержат полый цилиндрический стержень (стальная труба), переднюю часть конической формы, прорезь по всей длине стержня, а также упорное кольцо, соединенное со стержнем сплошным сварным швом.
Общим недостатком всех вышеперечисленных моделей является низкая устойчивость к коррозии в условиях горных выработок. Это приводит к частичным или полноразмерным дефектам фрикционных анкерных стержней, при этом происходит ухудшение механических свойств, и, как следствие, снижение несущей способности анкерной крепи.
Известен анкер (патент RU192219 по заявке №2019111620, дата приоритета 16.04.2019г., дата публикации 06.09.2019г., класс МПК E21D21/00).
Известный анкер для крепления горных выработок, содержит стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, с концом в передней части конической формы, c кольцом на задней части стержня. Стержень и кольцо имеют двухслойную структуру, внутренний слой - металлический, внешний - из полиэтилена низкого давления в виде сплошной замкнутой оболочки высотой от 0,3 до 2,0 мм, нанесенной в один слой и покрывающей всю поверхность внутреннего слоя анкера.
Недостатком известного решения является выполнение внешнего слоя из полиэтилена. Применение полиэтилена высокого давления не гарантирует надежной коррозионной защиты при заглублении анкера в кровлю выработки.
Известен фрикционный анкерный стержень из стеклопластика (патент RU198646 по заявке №2019140595, дата приоритета 10.12.2019г., дата публикации 21.07.2020г., класс МПК E21D20/00).
Известный фрикционный анкерный стержень из армированного стекловолоконного пластика, содержит корпус стержня и опорную плиту, при этом корпус  стержня выполнен полым, трубчатой формы, с внешней резьбой на наружной поверхности, изготовлен из армированного стекловолоконного пластика, головка  корпуса  стержня представляет собой конусообразную переходную секцию, образованную постепенным сужением, на концевой части которой установлена защитная крышка , при этом опорная плита  корпуса  стержня обращена своей плоской стороной к защитной крышке, а с другой стороны зафиксирована гайкой к корпусу  стержня, который выполнен с проникающей внутрь него продольной прорезью напряжения, а также с внешней резьбой треугольного профиля, выполненной на его участке между головкой  и прорезью, при этом опорная плита  и гайка  выполнены из армированного стекловолоконного пластика.
Основными недостатками известного технического решения являются наличие гайки для крепления опорной плиты и обязательное наличие винтового профиля по всей длине стержня, что, в свою очередь, приводит к усложнению работ по установке анкера и удорожанию анкерной крепи.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности фрикционного анкера в составе анкерной крепи за счет снижения веса анкера и повышения коррозионной стойкости анкера.
Предлагается фрикционный анкерный стержень из композитного материала, выполненного в виде полого стержня. В качестве композитного материала использован стекловолоконный пластик, который содержит армирующие элементы, расположенные поперек и вдоль оси стержня, один конец стержня имеет косой срез, другой конец стержня имеет радиальное утолщение, стержень и радиальное утолщение выполнены неразъемными в монолитном исполнении.
Отличиями является и то, что композитный материал в качестве армирующего материала содержит углеродные волокна, стеклянные волокна, базальтовые волокна, стержень обработан материалом, усиливающим трение, например, кварцевый песок, дробленый мрамор, дробленый щебень и др.
На фиг. показан общий вид фрикционного анкерного стержня.
Армирующие материалы в виде волокон, расположенных поперек и вдоль оси анкера усиливают сопротивление нагрузкам, возникающим в момент установки анкера. Таким образом повышается надежность изделия и исключается повреждение в момент установки.
В качестве связующего материала при изготовлении композитного материала могут быть использованы эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные и полиуретановые смолы.
Радиальное утолщение выполнено из того же материала, что и стержень, образуя с ним единый монолит и выполняет функцию удерживания опорной шайбы при установке анкерной крепи.
Отличительными свойствами стеклопластика от сталей является то, что материал обладает высокой стойкостью к коррозии и низким удельным весом.
Удельный вес стеклопластиков в среднем составляет 1,7 г/см3. Удельный вес металлов значительно выше, например, для стали – 7,8 г/см3. Таким образом, удельный вес стеклопластика в 4,5 раз меньше, чем у черных металлов. Следовательно, вес анкеров изготовленных из стеклопластика значительно ниже, чем у аналогичного изделия из металла, что в свою очередь приводит к снижению затрат на транспортировку анкерной крепи.
В горной породе анкер изготовленный из стеклопластика более долговечен и устойчив к коррозии.
Все фрикционные материалы разделяют на две большие группы: металлические и неметаллические. Например, известны асбофрикционные материалы на основе хризолит-асбеста. Кроме того, для повышения фрикционности анкерного стержня возможно использовать и другие фрикционные покрытия, например волокна кевлар, металлические волокна и др.
Повышение надежности фрикционного анкера в составе анкерной крепи достгается за счет снижения веса анкера и повышения коррозионной стойкости анкера. Анкерная крепь удерживается в горной породе за счет фрикционных свойств, т.е. силы трения. Вес анкеров и в целом анкерной крепи усиливает силу тяжести, которая векторно направлена в противоположную сторону силе трения, удерживающей анкер. Следовательно, снижая вес снижаем силу тяжести и повышаем надежность анкерной крепи. Антикоррозийные свойства фрикционного анкера повышают долговечность фрикционного анкера, а значит и его надежность.
Все признаки полезной модели позволяют повысить надежность использования фрикционных анкеров и анкерной крепи.