АНКЕР ДЛЯ СТЕН ШАХТ И ТУННЕЛЕЙ
ANCHOR FOR WALLS OF MINES AND TUNNELS

Изобретение относится к горному делу, а именно к анкерам крепления стен подземных шахт и туннелей и может быть использовано для установки в различные виды скальных пород, например, при креплении металлических конструкций к стенам шахт и туннелей, а также для установки в бетонные поверхности при любом виде строительства. [E21D21/00, E21D21/0033, E21D21/0046, E21D21/0066].
Из уровня техники известен АНКЕР И ГАЙКА АНКЕРНОГО БОЛТА [WO 2011/020144 А1, опубл. 24.02.2011], содержащий фрикционное устройство на переднем конце анкера, при этом фрикционное устройство содержит две или более расширительных гильз, которые вдавливаются в стенку шпура (скважины), при этом диаметр фрикционного устройства в его закрытом положении соответствует максимальному диаметру основного стержня.
Недостатком данного аналога является сложность конструкции анкера, а также малая площадь контакта фрикционного устройства и стенки шпура, что приводит к снижению надежности анкерного крепления и ограничивает возможность сопротивления на вырыв.
Также из уровня техники известен КЛИНОРАСПОРНЫЙ АНКЕР [RU191411 U1, опубл. 05.08.2019], включающий анкерный стержень с винтовой резьбой, шайбу анкерную опорную, натяжную гайку и клинораспорный замок, состоящий из клина с винтовой резьбой, пружины и державки с тремя лепестковыми захватами, с которыми соединены боковины клинораспорного замка, отличающийся тем, что державка имеет одно центральное отверстие, диаметр которого превышает диаметр анкерного стержня.
Недостатком данного аналога является наличие одного клинораспорного замка сложной конструкции, что приводит к снижению надежности анкерного крепления и ограничивает возможность сопротивления на вырыв.
Наиболее близким по технической сущности является АНКЕР ДЛЯ ОПОРЫ КРЫШИ ШАХТЫ И ПРОЦЕСС ЕГО УСТАНОВКИ [US4859118 (A), опубл. 22.08.1989], содержащий пару клиньев, каждый из которых имеет конические поверхности, приспособленные для взаимного зацепления и расширения оболочки для зацепления с поверхностью шпура. При продевании анкера через один клин верхний конец анкера входит в зацепление с соединителем, тем самым вызывая перемещение вверх другого клина и движение вниз одного клина, вызывая их расширение. Вертикальное ребро на клине, через которое продевается анкер, предотвращает его вращение во время вращения анкера.
Основной технической проблемой прототипа является применение резьбового соединения стержень анкера – клин для обеспечения расклинивания анкера, кроме того, наличие всего двух клиньев ограничивает возможность анкера сопротивляться вырыву.
Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение оперативности установки анкера и увеличение сопротивления его вырыву.
Указанный технический результат достигается за счет того, что анкер для стен шахт и туннелей, выполнен в виде стержня с расположенными на нем клиньями, отличающийся тем, что стержень образован цилиндрической или приплюснутой цилиндрической поверхностью, на стержне смонтированы кольца-ограничители, между которыми вставлены клинья, прикрепленные к стержню с помощью фиксаторов с возможностью разрушения их взаимного соединения при повороте стержня в отверстии и удержания стержня внутри отверстия за счет его расклинивания в шпуре.
В частности, стержень выполнен овальным в поперечном сечении.
В частности, один конец стержня выполнен заостренным.
В частности, один конец клина выполнен заостренным.
В частности, клинья расположены на поверхности стержня в шахматном порядке.
В частности, в местах установки клиньев в поверхности стержня выполнены спилы.
В частности, спилы стержня выполнены с закруглением с одного края образуя эксцентрическое поперечное сечение.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан общий вид анкера для стен шахт и туннелей.
На фиг. 2 показан поперечный разрез анкера для стен шахт и туннелей.
На фигурах обозначено: 1 – стержень, 2 – клинья, 3 – кольца-ограничители, 4 – острие стержня, 5 – рельефная поверхность, 6 – острие клина, 7 – фиксаторы клиньев, 8 – спил стержня.
Осуществление изобретения.
Анкер для стен шахт и туннелей состоит из стрежня 1 с приваренными к нему кольцами-ограничителями 3, между которыми в шахматном порядке вставлены клинья 2, прикрепленные к стержню 1 с помощью фиксаторов клиньев 7 (на фиг.2 не показаны). Причем клинья 2 крепятся к стержню 1 способом, обеспечивающим возможность их поворота относительно оси стержня 1 при прикладывании определенной нагрузки. Перемещения клиньев 2 в продольном направлении относительно стержня 1 ограничено кольцами-ограничителями 3.
Для облегчения перемещения в шпуре стержень 1 и клинья 2 имеют с одного конца острие стержня 4 и острие клина 6 соответственно.
Сам стержень 1 имеет овальную форму, рельефную поверхность 5 и может быть изготовлен, например, из арматуры диаметром 32 мм требуемой длинны. Клинья 2 установлены в специальные площадки, где убрана рельефная поверхность 5 – спил стержня 8, который выполнен с закруглением с одного края (эксцентрическое поперечное сечение).
Клинья 2 и кольца-ограничители 3 могут быть изготовлены из арматуры диаметром 12 мм, причем клинья 2 представляют собой два сваренных между собой обрезка одинаковой длинны.
Заявленное техническое решение применяют, например, для крепления металлической изоляции к стенам подземных шахт и туннелей, а также может быть использован при установке в различные виды скальной породы и бетонные поверхности, в частности, в любом виде строительства. После выемки грунта в шахте устанавливается металлическая изоляция с отверстиями для ее крепления к стене шахты. Через данные отверстия в стене шахты бурятся шпуры требуемой глубины (как правило, 2 метра и более).
Анкер для стен шахт и туннелей изготавливается в цеховых условиях с учетом места его установки и требований по нагрузке (чем выше нагрузка, тем больше клиньев 2 и колец-ограничителей 3). Размеры анкера выбираются таким образом, что часть стержня 1 с клиньями 2 полностью устанавливается в шпур, а общая длинна анкера такова, что другой его конец выходит из отверстия металлической изоляции с необходимым запасом по длине (лишняя часть стержня 1 отпиливается, например, угловой шлифовальной машиной).
Анкер в шпур устанавливают через отверстие в металлической изоляции с помощью отбойного молотка или другого пневмо или электроинструмента с закрепленным в нем специальным стаканом. Так же допускается отдельная установка ударным ручным инструментом (кувалдой). Затем анкер проворачивается в шпуре на угол до 90° и расклинивается. Для проворота анкера к свободному его концу приваривается проушина, в которую вставляется металлический рычаг и анкер проворачивается, либо используется расклиночная машина, либо применяется специальный инструмент, обеспечивающий быстрый захват свободного конца анкера и требуемый момент проворота.
Расклинивание анкера осуществляется за счет того, что попав в шпур клинья 2 не могут вращаться в тангенциальном направлении вокруг оси стержня 1 анкера (за счет трения о стенки шпура), который вращаясь, увеличивает свой радиус под клиньями 2 (принцип эксцентрика). На увеличение изменение радиуса стержня 1 при провороте анкера влияет также спил стержня 8, выполненный с закруглением с одного края (эксцентрическое поперечное сечение), что сделано для более плавного перемещения клиньев 2 относительно стержня 1 в процессе проворота анкера, тем самым обеспечивая более эффективную расклинку о стенки шпура. Здесь также важную роль играет свойство фиксаторов клиньев 7 разрушаться при приложении к ним нагрузки выше определенного уровня.
Применение специального инструмента для проворота анкера обеспечивает более быструю по сравнению с прототипом установку за счет быстрого захвата свободного конца и необходимости проворота на угол до 90°, в то время как в прототипе необходимо сделать большое количество оборотов для получения требуемого усилия зацепления анкера в шпуре. Также следует отметить заложенную в конструкции анкера для стен шахт и туннелей возможность использовать требуемое количество клиньев 2 (против двух в прототипе), что позволяет с запасом выдерживать прилагаемые к анкеру нагрузки на вырыв.
Технический результат изобретения - повышение оперативности установки анкера и увеличение сопротивления его вырыву, достигается путем расположения на поверхности овального стержня 1 колец-ограничителей 3, а также клиньев 2, которые расположены максимально близко к оси стержня 1 и крепятся к его поверхности с возможностью срыва. Кроме того, за счет овального исполнения стержня 1 и спилов стержня 8 в местах установки клиньев 2, выполненных с закруглением с одного края (эксцентрическое поперечное сечение), обеспечивается прочная расклиненная связь клиньев 2 со стенками шпура по правилу - чем больше требуется рабочая нагрузка на вырыв, тем большее количество клиньев 2 требуется расположить по длине стержня 1.
В 2021 году заявитель изготовил экспериментальные образцы анкера, опытная эксплуатация которых подтвердила достижение заявленного технического результата. Например, гарантированная прочность на вырыв для арматуры диаметром 32 мм составила от 50 кН до 90 кН.