Анкер

Область техники
Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при креплении выработок анкерами фрикционного типа.
Предшествующий уровень техники
Известен анкер, включающий пустотелый расширяющийся стержень, дистальные втулки, формирующие замкнутую внутреннюю полость, при этом наружная поверхность стержня покрыта термопластиком или эпоксидной смолой (см. US 2018013411, E21D 21/00).
Недостатком известного устройства является низкая надежность при воздействии шахтной атмосферы, обусловленная наличием незащищенных от ее воздействий поверхностей. В соответствии с техническим решением покрытие наносится на наружную поверхность стержня (п. 2 и fig. 2). После установки на стержень дистальных втулок 20, 30 (п. 7) дополнительное покрытие не предусмотрено (fig. 3). Исключена и защита сварного шва (п. 9), выполняемого по п. 10, и не включающего п. 9.
Таким образом, в техническом решении не защищается от внешней шахтной среды: дистальные втулки, сварной шов, поверхность внутренней полости. Последняя соединяется с внешней средой через отверстие 26, достаточное для проникновения внешней среды.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является анкер, содержащий несущий стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, конической формой переднего части и кольцо на задней части стержня (см. WO №2015072827, E21D 21/00, 16.12.2013, номер международной заявки MX 2013000166). При этом на внешней поверхности стержня выполнены рифления.
Недостатком известного решения является ограниченные возможности, обусловленные невозможностью использования в породах с движением агрессивных шахтных вод. Полость внутри стержня анкера и продольный паз по всей длине способствуют движению шахтных вод по внутренней поверхности трубчатого анкера. Это ведет к коррозии поверхности анкера, уменьшению толщины стенки и, как следствие снижению его несущей способности.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении возможностей применения за счет использования анкера для крепления выработок в породах с агрессивной шахтной средой включающей воду и воздушную среду с повышенной влажностью.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача решается тем, что в известной конструкции анкера, включающей стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, с концом передней части конической формы, кольцо на задней части стержня, стержень и кольцо имеет двухслойную структуру, внутренний слой металлический, внешний из органического материала в виде сплошной замкнутой оболочки, покрывающей всю поверхность внутреннего слоя. При этом в качестве органического материала используется полиэтилен низкого давления выполняемый высотой от 0,3 до 2,0 мм, предпочтительно 0,4-0,75 мм.
Известно техническое решение (CN №205532666, от 18.04.2016, E21D 21/00), в соответствии с которым на сплошной цилиндрический стержень надевается антикоррозионный рукав. Антикоррозийный рукав закрепляется на переднем конце с помощью специальной головной части. Анкер представляет собой сборочную единицу, собираемую из отдельных деталей: анкера, антикоррозионного рукава.
При установке анкера на поверхности, сопряженной со стенкой шпура, происходит повреждение антикоррозийного рукава. Через образовавшееся повреждение шахтные воды попадают на поверхность стержня, вызывая его коррозию. Это обусловлено тем, что сборка стержня и антикоррозионного рукава не обеспечивает их надежного соединения, исключающего проникновение к контактирующим поверхностям агентов шахтных вод.
В предлагаемом техническом решении анкер представляет собой одну моно деталь, имеющую двухслойную структуру. При этом, внешний слой представляет собой замкнутую сплошную оболочку, покрывающую всю поверхность внутреннего металлического слоя анкера включая стержень, кольцо, сварной шов.
Выполнение анкера двухслойным, с образованием сплошного слоя на всей поверхности, неизвестно.
Использование в качестве внешнего сплошного слоя анкера из органического материала, в частности из полиэтилена низкого давления неизвестно.
Краткое описание фигур чертежей
Полезная модель поясняется изображением.
На фиг. 1 представлен вид анкера, совмещенный с продольным разрезом.
Вариант осуществления полезной модели
Анкер содержит стержень 1, выполненный в виде полого цилиндра, изготовленного из металла (фиг. 1). Передняя часть 2 стержня 1, имеет форму усеченного конуса. По всей длине стержня 1 выполнена продольная прорезь 3. На задней части 4, стержня 1, установлено кольцо 5, соединенное со стержнем 1 сваркой (условно не показано). Стержень 1, кольцо 5, сварной шов образуют внутренний слой 6.
На всей поверхности внутреннего слоя 6 выполнен сплошной внешний слой 7 из органического материала, в качестве которого предпочтителен полиэтилен низкого давления. Слой 7 образует сплошную замкнутую оболочку, покрывающую всю поверхность внутреннего слоя 6.
Кристалличность структуры полиэтилена низкого давления обеспечивает его высокую твердость и прочность. Кроме того, сплошной замкнутый слой 7 из полиэтилена низкого давления обладает абсолютной непроницаемостью для жидкостей и химической стойкостью по отношению к средам, с содержанием кислот, щелочей.
Технология создания внешнего слоя 7 из полиэтилена низкого давления предполагает нагрев до температуры выше 300°C. В этих условиях адгезия внешнего слоя к внутреннему металлическому слою усиливается, это связывают с началом термоокисления полимеров низкого давления.
В результате экспериментальных работ было установлено, что решение технической задачи обеспечивается при высоте внешнего слоя высотой от 0,3 до 2,0 мм, предпочтительно 0,4-0,75 мм. При меньшей высоте внешнего слоя не обеспечивается достижение сплошности слоя полиэтилена низкого давления в зонах перехода поверхностей внутреннего, металлического слоя.
Применение внешнего слоя 7 высотой более 2,0 мм приводит к появлению сдвигов по высоте слоя при установке анкера в шпур.
При установке анкеров с двухслойных структурой и высотой внешнего слоя от 0,3 до 2,0 мм сдвига внешнего слоя не происходит. Испытанная высота металлического слоя в пределах от 2 до 4 мм влияния на сохранение внешнего слоя не оказывала.
Покрытие должно наносится в один слой, на всю высоту внешнего слоя 7. Послойное нанесение покрытия, для достижения требуемой высоты в несколько слоев, ведет к образованию несплошностей, по которым при силовом воздействии происходит разрушение.
Функционирование анкера.
Установка анкера с полой формой стержня и наличием продольной прорези 3, определяет непрерывное движение шахтных вод, которые движутся по внешнему слою 7. Органический материал, полимер низкого давления, обладает химической устойчивостью к действию кислот и щелочей. Как следствие не развивается его коррозия. При этом исключается доступ шахтных вод и/или атмосферы до внутреннего слоя 6. Это позволяет использовать анкер для крепления выработок в породах, в которых есть агрессивные воды или имеет место повышенная влажность.
Совокупность двух слоев: обеспечивает требуемую несущую способность анкера - внутренний металлический слой 7, защиту от воздействия агрессивных шахтных вод - внешний, полимерный 6.
Движение агрессивных шахтных вод происходит и по внешней поверхности стержня, обращенной к шпуру, но в меньшем объеме.
При установке анкера внешний слой 7 подвергается механическому воздействию со стороны укрепляемой породы. Однако в силу эластичности не происходит его разрушения по поверхности.
Кроме того, при выполнении анкера двухслойным, за счет обладания полимером свойством адгезии к металлу, происходит структурное изменение поверхности внутреннего (металлического) слоя 6. Это придает ему устойчивость к шахтным водам.
Наличие внешнего слоя 7 из полимера низкого давления исключает воздействие шахтных вод на внутренний металлический слой 6, что позволяет использовать анкер для крепления поверхности выработок при наличии агрессивных шахтных вод и влажной атмосферы.
В отличие от известного решения в предлагаемом изобретении нет сопряженных поверхностей. Два слоя образуют адгезионную связь между слоями, что исключает воздействие внешней среды на внутренний металлический слой 6.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет использования для крепления выработок с агрессивными шахтными водами и влажной атмосферой.