АНКЕР

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к укреплению контура горных выработок путем установки анкерной крепи.
В мировой практике применяются различные виды анкерных крепей, в том числе и широко распространенные стержневые анкеры, закрепляемые в шпурах быстротвердеющими составами ампульным или инъекционным способом. Стержневые анкеры обеспечивают различную степень упрочнения свода горной выработки, исключая его обрушение. Для этого они должны иметь высокую прочность несущего стержня, достаточную для восприятия всех действующих на него нагрузок как со стороны массива горных пород, так и со стороны установочного оборудования и инструментов, а также надежное сцепление с прилегающими породами и быстротвердеющими составами, несложную и технологичную конструкцию с минимальной массой и приемлемой стоимостью.
Уже известен сталеполимерный анкер, содержащий несущий стержень из проката с винтовым наружным профилем, на нижний замковый конец которого навинчивается гайка, поджимающая опорную плиту [1]. Этот известный анкер имеет простую и достаточно прочную конструкцию, но при этом он имеет большую массу, что усложняет и делает весьма трудоемкой его транспортировку и монтаж в условиях подземных выработок, к тому же он подвержен коррозии.
Известен также горный анкер, содержащий стеклопластиковый несущий стержень с продольно ориентированными вдоль его оси армирующими волокнами и образованной на его нижней, замковой части резьбой для установки поджимной гайки [2]. Этот композитный анкер может воспринимать большие, чем стальной, осевые нагрузки и имеет при этом существенно меньшую массу. Однако для передачи этих осевых нагрузок через резьбовое соединение между стеклопластиковым стержнем и гайкой, а также для восприятия возникающего крутящего момента необходимо его упрочнение путем закрепления на замковом конце стержня толстостенной промежуточной втулки с наружной резьбой, увеличение размеров навинчиваемой гайки и установка по оси стержня пластиковых вставок, что усложняет и удорожает анкер, а также увеличивает его поперечные размеры.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели из числа известных в уровне техники является горный анкер, содержащий композитный несущий стержень с центральным осевым каналом, выполненный на основе полимерного связующего, армированного волокнистыми материалами с продольной и поперечной ориентацией волокон и образованную на нижнем, замковом конце стержня резьбу для поджимной гайки, при этом резьба облицована гильзой, имеющей профиль, повторяющий профиль резьбы [3].
Армирование композитного стержня не только продольными, но и поперечно ориентированными волокнами повышает изгибную прочность и прочность стержня на кручение, а закрепление на резьбовой замковой части стержня металлической гильзы упрочняет резьбовое соединение, снижает его истирание и радиальное сжатие стержня под резьбой.
При этом выполнение стержня трубчатым позволяет снизить его массу и повысить сцепление стержня с быстротвердеющим составом в шпуре, а также использовать его как с ампульным, так и инъекционным способом крепления. Однако эта известная конструкция анкера не всегда может обеспечить необходимую его прочность на кручение для восприятия довольно значительных крутящих моментов, которые могут возникнуть на этапе введения анкера в шпур.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении несущей способности анкера, а технический результат, который может быть достигнут при ее реализации, заключается в повышении прочности несущего стержня на кручение.
Трубчатые композитные стержни со стандартными наружными диаметрами (18-26 мм) способны воспринимать нагрузки на разрыв до 30-40 тонн, а наличие поперечно ориентированных волокон и гильзы на замковой части стержня повышают и прочность стержня на кручение, однако как показывает практика установки анкеров, этого повышения не всегда достаточно. На этапе введения стержня в шпур при достаточно большой его глубине (до 5 метров) и неоднородности породы могут возникать большие нагрузки, препятствующие введению и вращению стержня, а крутящий момент может достигать 22 кгм. При этом наиболее слабым местом стержня является участок непосредственно за резьбой на его замковом конце.
В связи с этим для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в анкере, содержащем несущий композитный стержень с центральным осевым каналом, выполненный на основе полимерного связующего, армированного волокнистыми материалами и с образованной на замковом конце резьбой, облицованной металлической гильзой, предлагается продлить металлическую гильзу, выполнив ее со стороны верхнего конца с цилиндрическим участком (юбкой), контактирующим с нерезьбовой поверхностью несущего стержня.
Металлическая гильза с цилиндрическим участком может быть выполнена, по крайней мере, из двух продольно разделенных частей, жестко закрепленных на несущем стержне посредством клея-компаунда.
Верхний конец несущего стержня может быть выполнен со скосом и снабжен установленной в его осевом канале съемной заглушкой.
Несущий стержень может быть выполнен на основе полиуретан о во го или эпоксидного связующего, армированного базальтовым или стекловолокном, а гильза может быть выполнена из стали, например, нержавеющей.
Возможное конструктивное выполнение анкера представлено на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 представлен общий вид анкера.
На фиг. 2 показана нижняя, замковая часть несущего стержня.
На фиг. 3 показан фрагмент резьбовой части несущего стержня в увеличенном масштабе.
Анкер содержит несущий композитный стержень 1 с центральным осевым каналом 2 и образованной на нижней, замковой части стержня 1 резьбой 3 под натяжную гайку 4, взаимодействующую с опорной плитой 5.
Резьба 3 на стержне 1 облицована металлической гильзой 6, например, из нержавеющей стали (фиг. 2, 3), имеющей профиль резьбы 3.
Несущий стержень 1 выполнен на основе полимерного связующего, например, эпоксидного или полиуретанового и армирован волокнистыми материалами, при этом армирующие материалы включают продольно ориентированные волокна 7 и поперечную намотку волокон 8, в качестве которых могут использоваться базальтовые или стекловолокна.
Металлическая гильза 6 выполнена со стороны ее верхнего конца с цилиндрическим участком 9, контактирующим с нерезьбовой поверхностью несущего стержня 1, при этом гильза 6 может быть выполнена, по крайней мере, из двух продольно разделенных частей 10 и 11 (фиг. 2), жестко закрепленных на несущем стержне 1 посредством клея-компаунда 12 [4] (фиг. 3).
Верхний, выходной конец несущего стержня 1 может быть выполнен со скосом 13 и снабжен устанавливаемой в осевом канале 2 съемной заглушкой 14, которая устанавливается при ампульном закреплении анкера в шпуре и снимается, если предусматривается инъекционное закрепление. Заглушка 14 может быть выполнена из композитного материала, как и стержень 1.
Наружная поверхность несущего стержня 1 может быть выполнена профильной, например, путем спиральной намотки на нее жгута 15 из армирующих волокон 7 или 8.
Несущий композитный стержень 1 может формоваться на известных пултрузионных установках [5] с образованием на замковом конце резьбы 3 любым известным способом и последующим наклеиванием гильзы 6 при ее обжатии.
Заявляемый в качестве полезной модели анкер характеризуется повышенной несущей способностью и может воспринимать не только большие осевые и поперечные нагрузки, но и большие крутящие моменты при незначительном повышении его массы.
Анкер может быть произведен из известных материалов, по известной технологии и на известном оборудовании.
Источники информации:
[1]. RU, №28183, E21D 21/00, 2002.
[2]. RU, №2280166, E21D 21/00, 2004.
[3]. WO, №96/21087, E21D 21/00, 1996.
[4]. www.macromer.ru/catalog/Epokci smoli/kley kompaund
[5]. RU, №2133670, B29C 55/30, 1999.
[6]. US, №5437526, F16B 35/00, 1995.
[7]. US, №8172484, E21D 21/00, 2009.