Усиленная самозакрепляющаяся анкерная крепь

Область техники
Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при креплении выработок трубчатыми анкерами фрикционного типа, с использованием штатного оборудования для бурения шпуров.
Предшествующий уровень техники
Известен анкер, включающий пустотелый стержень с замком, из продольно разрезанных стенок стержня и опорную плиту на выступающем конце. При этом стержень снабжен дополнительными замками, которые размещены вдоль него с интервалом друг от друга, при этом каждый последующий замок ориентирован в направлении выступающего конца стержня и выполнен с площадью разрезов меньше предыдущих (см. а.с. СССР №968439, E21D 21/00).
Недостатком известного устройства является низкая надежность. Анкерная крепь фиксируется в скважине за счет того, что производится сжатие пустотелого стержня с последующей потерей устойчивости замков и их деформацией в продольном направлении. Однако при нагружении анкерной крепи слоем пород на участке расположенном между первым замком, от дна скважины, и опорной плитой происходит растяжение пустотелого стержня. Как следствие, замки, расположенные в пределах этого участка раскрываются, давление на стенки скважины снижается, появляется возможность движения слоя пород в направлении опорной плиты. Подвижность породы ведет к снижению надежности работы анкерной крепи.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является анкерная крепь, содержащая опорную плиту, несущий стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, конической формой переднего части и замковой частью в виде открытых пазов на заднем конце, кольцо, установленное между опорной плитой и замковой частью и соединенное со стержнем сваркой (см. ПМ РФ №161881, E21D 21/00). При этом замки формируются вокруг кольца с возможностью их закрытия до окончания установки стержня.
Недостатком известного решения является ограниченные возможности, обусловленные невозможностью использования в породах с пониженными механическими характеристиками и/или в зонах, сопряженных с выработкой.
Зона горных пород, сопряженная с выработкой, отличает повышенная трещеноватость. Как результат это зона обладает меньшими механическими характеристиками, и создает меньшую величину нормального давления на несущий стержень, установленный в шпур. При этом, высота этой зоны является достаточно большой - от 0,7 до 1,5 м. На этой длине, в таких породах, несущая способность анкера снижается, что ведет к общей несущей способности.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширение функциональных возможностей за счет установки в породах склонных с повышенной трещеноватости и/или обладающие пониженными механическими характеристиками вблизи выработки.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача решается тем, что в известной анкерной крепи, содержащей опорную плиту, несущий стержень, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине, конической формой переднего конца и замковой частью в виде открытых пазов на заднем конце, кольцо, установленное между опорной плитой и замковой частью, и соединенное с несущим стержнем сваркой внутри стержня размещен дополнительный полый цилиндр с продольной прорезью с возможностью сопряжения с несущим стержнем. Длина дополнительного стержня может быть меньше длины несущего стержня, при этом он может быть установлен в его передней части так что их продольные пазы располагаются оппозитно. Кроме того, дополнительный стержень зафиксирован от осевого смещения по несущему стержню, например, сваркой. Несущий и дополнительный полый цилиндры, могут содержать деформированные в поперечном направлении участки, совпадающие по положению.
Краткое описание фигур чертежей
Полезная модель поясняется изображениями.
На фиг. 1 представлен вид, совмещенный с продольным разрезом анкерной крепи. На фиг. 2 представлен поперечный разрез анкерной крепи. На фиг. 3 вариант выполнения анкерной крепи в соответствии с п. 6. На фиг. 4 представлен поперечный разрез анкерной крепи, выполненный в соответствии с п. 7.
Вариант осуществления полезной модели
Усиленная самозакрепляющаяся анкерная крепь содержит несущий стержень 1, выполненный в виде полого цилиндра, опорную плиту 2 (фиг. 1). Конец переднего части 3, несущего стержня 1, выполнен в виде усеченного конуса 4. По всей длине несущего стержня 1 выполнена продольная прорезь 5. На заднем конце 6, несущего стержня 1, выполнена замковая часть 7, в виде открытых пазов 8. Между замковой частью 7 и опорной плитой 2 установлено кольцо 9, соединенное с несущим стержнем 1 сваркой. В процессе установки из замковой части 7 формируются замки вокруг кольца 9. При этом их закрытие реализуется до окончания установки несущего стержня 1.
В передней части 3 установлен дополнительный стержень 10, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью 11. Внешний диаметр дополнительного стержня 10 совпадает с внутренним диаметром несущего стержня 1.
Длина дополнительного стержня 10 выполнена меньше несущего стержня 1. При этом длина выбирается исходя из условия расположения в пределах зоны устойчивой части массива.
Продольные прорези 5 и 11 располагаются оппозитно (фиг. 2).
Дополнительный стержень 10 фиксируется относительно несущего стержня 1 в осевом направлении, за счет сопряжения по поверхности 12. Внешний диаметр дополнительного стержня 10 в исходном положении совпадает с внутренним диаметром несущего стержня 1. При установке анкера в шпур на поверхности сопряжения 12 создается сила трения, препятствующая смещению в осевом направлении дополнительного стержня 10.
Дополнительный стержень 10 может быть зафиксирован относительно несущего стержня 1, от смещения в осевом направлении, сварным швом 13 (фиг. 3). Шов 13 выполняется по одному краю продольной прорези 5.
Вариантом осевой фиксации является реализация пункта 7 предлагаемого технического решения. При этом передняя часть 3 имеет участок 14 с поперечной деформацией (фиг. 4). В той же зоне, на дополнительном стержне 10, выполнен участок с поперечной деформацией 15. Участки 14 и 15 совпадают по своему положению.
Функционирование усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи.
При установке усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи конец передней части 3 (в виде усеченного конуса 4) направляется в шпур и вводится за счет возвратно - ударного действия перфоратора. Внешний диаметр несущего стержня 1 меньше диаметра шпура. При вводе усиленной самозакрепляющаяся анкерной крепи в шпур происходит уменьшение диаметра несущего стержня 1 и его упругая деформация в поперечном направлении. Это становится возможным благодаря продольной прорези 5, ширина которой после введения в шпур уменьшается. Одновременно происходит деформация в поперечном направлении и дополнительного стержня 10. Это обеспечивается за счет того, что в исходном состоянии имеет место сопряжение стержней по поверхности 12. Как следствие, уменьшение внешнего диаметра несущего стержня 1 ведет к уменьшению диаметра дополнительного стержня 10 и его упругой деформации.
1,10
1,10
Таким образом, с начального момента установки усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи в шпур происходит обжатие несущим стержнем 1 дополнительного стержня 10. Это обеспечивает создание на сопряженной поверхности 12 распределенного давления со стороны упруго деформированного несущего стержня 1 на дополнительный стержень 10. Благодаря этому происходит: упругая деформация дополнительного стержня 10, создание на поверхности 12 силы трения F. Наличие силы трения F препятствует осевому смещению дополнительного стержня 10 по несущему стержню 1 и обеспечивает установку несущего стержня 1 в шпур с сохранением исходного положения дополнительного стержня 10 в передней части 3.
При использовании перфоратора с большей частотой ударов возрастает ускорение движения несущего стержня 1 по шпуру. Увеличивается сила инерции, действующая на дополнительный стержень 10. Исключение возможного осевого смещения стержня 10 обеспечивается, в первом варианте, за счет выполнения сварного шва 13.
При этом благодаря тому, что сварной шов 13 выполняется только по одной стороне паза 5, сохраняется возможность упругой деформации, с уменьшением исходного диаметра у несущего стержня 1 и дополнительного стержня 10.
Фиксация дополнительного стержня 10, относительно несущего стержня 1 выполнением сварного шва 13 исключает осевую подвижность при установке анкерной крепи перфоратором с повышенной частотой ударов. Обеспечивается надежность регламентной установки усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи в шпур с сохранением положения дополнительного стержня в передней части 3, несущего стержня 1.
Возможным вариантом осевой фиксации положения дополнительного стержня 10, при установке анкера с использованием перфоратора работающего с повышенной частотой ударов, является выполнение на стержнях деформированных участков: несущем 1 - участка 14, дополнительном 10 - участка 15. Благодаря их совпадающему положению исключается осевое смещение дополнительного стержня 10 по несущему стержню 1.
Оппозитное расположение продольных пазов 5 и 11 обеспечивает равномерную, в поперечном сечении стержней 1 и 10 деформацию, в силу симметричной схемы нагружения. Как результат на внешней поверхности несущего стержня 1 удельное давление на шпур распределяется равномерно. Исключается локальное увеличение удельной нагрузки, и как следствие местное разрушение стенки шпура.
После завершения процесса установки усиленной самозакрепляющейся усиленной самозакрепляющаяся анкерной крепи, передняя часть 3 находится в зоне пород, обладающих более высокими механическими характеристиками. При этом в переднем конце 3 располагается дополнительный стержень 10, обеспечивая ему повышенную жесткость и большую величину удельного давления на стенки шпура, чем на остальной части несущего стержня 1. Как следствие возрастает величина силы трения на поверхности передней части 3 - стенка шпура и величина несущей способности усиленной самозакрепляющаяся анкерной крепи. Большая жесткость передней части 3 достигается за счет изначального сопряжения стержней по поверхности 12 и сохранения исходного расположения в процессе установки анкерной крепи в шпур.
Увеличение несущей способности усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи, за счет большей величины составляющей на передней части 3, позволяет реализовать эффект «подвешивания» более слабой зоны пород горной выработки. При этом в зоне расположенной у поверхности выработки удельное давление со стороны несущего стержня 1 на стенки шпура меньше. Как следствие снижается вероятность разрушения стенок шпура по исходным трещеноватостям. Это обусловлено отсутствием на этом участке дополнительного стержня 10 из-за его меньшей длины по сравнению с несущим стержнем 1.
Таким образом, меньшая длина дополнительного стержня 10 обеспечивает сохранность стенок шпура и снижает риск вывалов породы и обеспечивает функционирование усиленной самозакрепляющейся анкерной крепи в слабых и трещеноватых породах. При этом расположение дополнительного стержня 10 в передней части 3 увеличивает несущую способность стержня 1.