ОПОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ КАНАТНОГО АНКЕРА

Предложение относится к горной промышленности, в частности к анкерному креплению контура горных выработок.
Известен [1] опорный элемент канатного анкера, включающий муфту канатного анкера, в осевом отверстии цилиндроконического сечения которого закреплен канат посредством конической втулки. В кольцевой проточке торца муфты установлена труба, охватывающая канат. На внешней поверхности муфты выполнена резьба, на которую навинчена гайка.
Недостаток этого решения состоит в том, что для уравновешивания нагрузки со стороны клина стенки муфты утолщены. По этой причине муфта не входит в скважину диаметром 28-30 мм. Из-за этого требуется точное бурение на заданную глубину, что на практике трудновыполнимо.
Наиболее близким аналогом по технической сущности является [2] опорный элемент канатного анкера, включающий втулку с внешней резьбой и гайкой, в осевом канале которой закреплен обжимом канат. На контакте наружных прядей каната с поверхностью осевого канала размещены абразивные частицы, твердость которых превосходит твердость втулки и каната.
Недостаток данного опорного элемента состоит в том, что в процессе обжимки втулки абразивные частицы внедряются в пряди каната и создают там множество точек концентраторов напряжений, поскольку формы частиц не являются сферическими. Из-за появления концентраторов напряжений в процессе нагружения анкера снижается несущая способность канатного анкера. Кроме того, данный элемент требует больших затрат на изготовление, так как резьба изготавливается после опрессовки. А так же не надежен при возникновении пожаров, так как при повышении температуры втулка расширяется и канат может выскальзывать под нагрузкой. Поскольку абразивные частицы мелкие.
Поэтому целью предполагаемого изобретения является снижение затрат на изготовление опорного элемента и повышение надежности закрепления втулки на канате.
Указанная цель достигается тем, что в опорном элементе канатного анкера, включающем втулку с наружной резьбой и гайкой, в осевом канале которой закреплен клином канат, втулка дополнительно обжата вокруг каната на ограниченном интервале с деформированием углублений поверхности наружных прядей каната вставками, которые размещены в проточках осевого канала втулки. Проточки осевого канала втулки выполнены до обжатия по кругу. Проточки осевого канала втулки выполнены до обжатия по винтовой линии.
Обжатием втулки вокруг каната создаются углубления в поверхности наружных прядей каната за счет вдавливания в них выпуклой поверхности вставок, размещенных в проточках осевого канала втулки. Наружные пряди каната деформируются плавно по форме без потери поперечного сечения и несущей способности. При нагрузке на канат втулка, подобно гайке, через вставки на ограниченном интервале сопротивляется сдвигу. Поэтому стенки на ограниченном интервале обжатия втулки рассчитаны как для гайки и не подвержены радиальным напряжениям как при клиновом способе закрепления каната.
На другом интервале втулки с наружной резьбой и гайкой канат закреплен клином, выполненным в виде клиновой втулки, надетой на центральную прядь. Это дополнительное крепление каната во втулке. Такой запас крепления необходим на случай возникновения пожара и взрыва в горной выработке, когда от повышения температуры втулка расширяется по диаметру быстрее чем канат. Таким образом, данное решение увеличивает надежность закрепления опорного элемента на канате.
Конструкция опорного элемента за счет комбинированного закрепления каната с одной стороны повышает надежность закрепления каната во втулке, с другой - снижает затраты на изготовление за счет снижения массы втулки и гайки. Масса втулки уменьшается за счет снижения толщины стенки втулки, поскольку втулка со вставками подвергается сдвигу при нагрузке на канат подобно гайке на ограниченном интервале обжатия. Другая часть втулки с резьбой и гайкой подвергается напряжениям от действия клина в радиальном и тангенциальном направлениях. Но. поскольку на эту часть каната усилия небольшие, то и напряжения небольшие и не достигают предельных значений. Поскольку резьба на внешней поверхности втулки выполняется до закрепления каната во втулке комбинированным способом, то затраты на изготовление и сборку опорного элемента ниже, чем при закреплении каната обжатием по всей длине, при котором для выполнения резьбы на втулке с заделанным канатом ее поверхность необходимо калибровать.
Сущность предложения поясняется чертежом.
На Фиг.1 представлен осевой разрез опорного элемента канатного анкера.
Канат 1 установлен в осевом канале втулки 2. В осевом канале втулки выполнены проточки 3, выполненные кольцевыми или по винтовой линии. В проточках размещены вставки 4. Вставки 4 имеют, например, прямоугольное сечение с выпуклой поверхностью со стороны контакта с канатом, или трапециевидное сечение с радиусами закругления между смежными гранями. На внешней поверхности втулки выполнена резьба, например, полукруглая, на которую навинчена гайка 5. На центральную прядь каната 1 надет клин 6. Торец гайки, взаимодействующий с опорной шайбой 7 может выполняться полусферической формы. В торце втулки 2 выполнена кольцевая проточка, в которую установлена труба 8, охватывающая канат. Труба 8 выполняет функцию элемента жесткости при введении анкера в скважину 9 с вращением для перемешивания компонент ампул. С противоположного торца втулка может иметь шестигранное или квадратное окончание 10, служащее для передачи крутящего момента от буровой машины на анкер. При наличии шестигранного окончания устраняется операция скручивания с резьбы переходника. Шестигранное окончание может выполняться, например, ковкой, хвостовика втулки, выпрессовкой, или опрессовкой болта, установленного в осевое отверстие втулки.
Изготавливается и собирается опорный элемент канатного анкера следующим образом.
Например, литьевым или токарным способом изготавливается втулка с внешней резьбой. Так же изготавливается гайка. Осевой канал содержит две цилиндрические поверхности разного диаметра, соединенные между собой конической с плавным переходом по радиусу. После этого меньшее цилиндрическое отверстие калибруется по диаметру, в нем изготавливаются проточки, в которые устанавливаются вставки. Затем в осевое отверстие устанавливается канат. На центральную прядь каната устанавливают клин. Далее канат запрессовывают с клином в осевом направлению. После этого втулку обжимают вокруг каната в радиальном направлении. Вставки при обжатии образуют углубления в поверхности наружных прядей каната. Они взаимодействуют с канатом при осевой нагрузке подобно выступам гайки, накрученной на канат, на поверхности которого имеются гнезда под эти выступы.
Работает опорный элемент канатного анкера следующим образом. Головной конец каната 1 закреплен в скважине 9 в устойчивой части приконтурного массива выработки. Неустойчивая часть приконтурного массива формирует нагрузку на опорную шайбу 7. Последняя передает нагрузку через гайку 5 на опорную втулку 2. Втулка 2 передает нагрузку через вставки 4, расположенные в проточках 3, на канат 1 через его углубления в которых размещены выпуклой частью вставки 4. Для повышения надежности опорного элемента канат 1 в осевом канале втулки закреплен клином 6.
В процессе установки анкера путем подачи с вращением крутящий момент на канат 1 от буровой машины передается через переходник, взаимодействующий с шестигранным окончанием 10 втулки 2.
Предлагаемое решение позволяет вести обжатие втулки на ограниченном интервале по уже изготовленной до обжатия резьбе, поскольку резьбу после обжатия втулки вокруг каната изготавливать сложнее, так как перед накатыванием резьбы обжатую втулку требуется калибровать.
Такое выполнение опорного элемента, по сути, аналогично гайке, накрученной на канат, поскольку вставки, установленные в проточках втулки выпуклой поверхностью, расположены в углублениях наружных прядей каната. Твердость вставок выше твердости прядей каната и втулки. Поэтому при обжатии в прядях каната образуются углубления. При образовании углублений сечение прядей не уменьшается, а меняет форму. Вследствие этого прочность каната не меняется. Выпуклая поверхность контакта вставок аналогична круглой резьбе. Число проточек по длине втулки составляет, например, 4 штуки. Дополнительное закрепление каната в осевом канале втулки клином повышает надежность закрепления втулки на канате.
Таким достигается цель снижение затрат на изготовление опорного элемента и повышение надежности закрепления втулки на канате.
Анализ источников информации позволяет сделать вывод о том, что данное решение обладает признаками новизны и полезности.
Источники информации.
1. Патент 2281397, опубл. 10.08.2006.
2. Патент на полезную модель 91376, опубл. 10.02.2010