АНКЕР

Предполагаемое изобретение относится к горному делу, а именно к анкерным крепям, применяемым в горнодобывающей промышленности для крепления горных выработок.
Известен металлический замковый анкер типа ШК-1М, АК-8у, АКМ, состоящий из металлического стержня с выштампованной клиноконической головкой на одном и резьбой на другом конце, двух полувтулок, опорной пластины и гайки. (Анкерная крепь. Справочник. М., «Недра», 1990, стр.36-37).
Недостатком известного анкера является невозможность его применения для крепления горных выработок, пройденных в массиве полезного ископаемого, подлежащего в последующем буровзрывной, гидравлической или механизированной выемке, т.к. металлические штанги создают помехи для выемки и транспортировки полезного ископаемого.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является деревянный анкер. (Анкерная крепь. Справочник. М., «Недра», 1990, стр.43-45). Анкер состоит из круглого несущего стержня с продольными щелями на концах, в которых размещают распорные элементы в виде клиньев, опорной пластины и конической втулки на наружном конце стержня. Щели прорезаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях во избежание раскалывания стержня во время установки анкера.
Недостатками данного анкера являются низкая несущая способность и относительно высокая трудоемкость изготовления. Для изготовления стержней должна применяться древесина, не имеющая гнили, червоточин, косослоя, сердцевины, сучков и других пороков.
Технической задачей предполагаемого решения является повышение несущей способности анкера при снижении трудоемкости его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в анкере, включающем несущий стержень с продольными щелями на концах и расположенным на внутреннем конце в шпуре распорным элементом, а на наружном конце на поверхности выработки распорным элементом с конусной втулкой, несущий стержень выполнен из бамбука. Распорные элементы выполнены в виде усеченных конусов. На внутреннем конце стержня установлены конические полувтулки и опорное кольцо, а на наружном конце несущего стержня между поверхностью выработки и конусной втулкой упругий элемент.
Отличительными признаками заявленного анкера от прототипа являются следующие:
- выполнение несущего стержня из бамбука. По прочности на растяжение бамбук превосходит большинство видов применяемой древесины (сосна, береза, ель, дуб).
Поскольку бамбуковые стержни полые, при распоре их контакт с поверхностью шпура реализуется равномерно по всему периметру. Это повышает качество укрепления внутреннего конца несущего стержня в шпуре. При использовании деревянных стержней такой возможности нет, т.к. диаметр стержня меньше диаметра шпура и контакт стержня по всему периметру шпура при распоре его плоским клином не возможен. Следовательно, применение бамбука, как с точки зрения его прочности, так и по условиям его работы с горным массивом имеет преимущество, что способствует повышению несущей способности анкера.
Использование бамбука не требует предварительной обработки стержней, кроме как выбора по диаметру и обрезанию по длине. Не требуется прорезать и продольные щели на концах стержня, т.к. бамбук легко расщепляется строго по волокнам от удара по торцу стержня острым инструментом, а естественные узлы на стержне сдерживают распространение щелей на всю длину.
Это позволяет снизить трудоемкость изготовления анкера.
- распорные элементы выполнены в виде усеченных конусов. Исполнение распорных элементов в виде усеченных конусов (в дальнейшем конус) позволяет равномерно прижать внутренний конец стержня по всему периметру к стенкам шпура, а наружный конец стержня к поверхности конической втулки. Благодаря этому все сечение несущего стержня работает под действием равномерно распределенной по периметру растягивающей силы. Этим достигается как качество закрепления концов несущего стержня, так и повышение его несущей способности. Конусы могут быть изготовлены из различных материалов: дерева, пластика, металла и др. Чем выше плотность материала, тем меньше податливость анкера;
- на внутреннем конце стержня установлены конические полувтулки. Установка конических полувтулок на внутренний конец несущего стержня повышает сопротивление перемещению несущего стержня с установленным в нем конусом, т.к. он заклинивается. При этом, чем больше растягивающее усилие на несущем стержне, тем с большим усилием он заклинивается. Таким образом, несущий стержень работает с нарастающим сопротивлением. В зависимости от диаметра шпуров могут быть установлены более двух полувтулок, однако их внешний радиус должен быть равен радиусу шпуров. Конусность конических полувтулок и конусов должна быть одинаковой. Внешнюю поверхность полувтулок целесообразно выполнять рифленой, например с кольцевыми ребрами, чтобы исключить их проскальзывание по поверхности шпура. Конические полувтулки могут быть изготовлены из стали, керамики, пластмассы, бамбука и других материалов.
Использование конических полувтулок в совокупности с распорными элементами в виде конусов позволяет укрепить несущий стержень в шпуре с усилием, равным его прочности на разрыв.
- на внутреннем конце стержня установлено опорное кольцо. Опорное кольцо устанавливается в контакте с коническими полувтулками для предотвращения их самопроизвольного смещения во время установки анкера, а также создания опоры для них при забивании несущего стержня на распорные элементы. Опорное кольцо не должно препятствовать расщеплению несущего стержня при его забивании на распорные элементы. Поэтому оно может быть изготовлено из эластичного материала, например резины, или твердого: пластмасса, металл и др. В последнем случае кольцо должно иметь сквозные прорези, совпадающие со щелями на несущем стержне, и жестко укреплено на нем, например, с помощью клея. Целесообразно изготавливать кольцо из бамбука и укреплять на стержне с помощью клея. При этом не требуется на кольце делать прорези, т.к. оно легко расщепляется вместе с несущим стержнем под действием распорного элемента. Жесткое укрепление опорного кольца на несущем стержне позволяет увеличить первоначальный распор анкера со стенками шпура, снизить его податливость и повысить несущую способность;
- на наружном конце несущего стержня между поверхностью выработки и конусной втулкой установлен упругий элемент. В качестве упругого элемента может быть использовано резиновое кольцо или пластина, тарельчатая или спиральная пружина и т.д. Упругий элемент устанавливается для распределения нагрузки на большую опорную площадь и создания предварительного натяжения анкера. Предварительное натяжение анкера производится посредством поочередного удара по конусу и конусной втулке. При ударе по конусной втулке упругий элемент сжимается, одновременно за счет продольной составляющей вытягивается несущий стержень. При последующем ударе по конусу в момент его проскальзывания в полости стержня последний вместе с конусной втулкой под воздействием упругого элемента перемещается, увеличивая распор внутреннего конца несущего стержня. Последовательными ударами по конусу и конусной втулке создают необходимое предварительное натяжение анкера. Предварительное натяжение анкера улучшает качество и надежность его закрепления, повышает несущую способность.
Совокупность отличительных признаков, характеризующих устройство, позволяет повысить несущую способность анкера и снизить трудоемкость его изготовления за счет использования в качестве несущего стержня бамбука, распорных элементов в виде усеченных конусов, конических полувтулок, опирающихся на опорное кольцо и упругого элемента между поверхностью выработки и конической втулкой.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами.
На фиг.1 представлен заявленный анкер, общий вид; на фиг.2 - поперечный разрез (А-А) внутреннего конца анкера в шпуре; на фиг.3 показан поперечный разрез (В-В) наружного конца анкера на поверхности выработки. Анкер состоит из несущего стержня 1 (фиг.1) с продольными щелями на внутреннем конце 2 (фиг.2) и на наружном конце 3 (фиг.3), конусов 4 и 5 (фиг.1), конических полувтулок 6, опорного кольца 7, конической втулки 8, упругого элемента 9 в виде тарельчатой пружины.
Работа анкера. На внутренний конец несущего стерня 1 устанавливают опорное кольцо 7 (например, резиновое кольцо), легким ударом острого инструмента, например топорика, по торцу расщепляют конец стержня. В упор с опорным кольцом на внутренний конец стержня устанавливают конические полувтулки 6, например, с помощью мягкой тонкой проволоки 10 и в полость несущего стержня 1 вставляют конус 4. Несущий стержень 1 вводят в шпур до его торца и забивают на конус 4. Конус расщепляет несущий стержень 1 и прижимает его вместе с коническими полувтулками 6 к стенкам шпура 11. На наружный конец несущего стержня устанавливают упругий элемент в виде тарельчатой пружины 9, коническую втулку 8, а в полость стержня забивают конус 5. Поочередными ударами по конической втулке и конусу производят предварительное натяжение анкера. Натяжение анкера фиксируется по сжатию тарельчатой пружины.
Оба конца несущего стержня работают в режиме самозаклинивания с нарастающим сопротивлением, что обеспечивает высокое качество закрепления и его несущую способность.