ТРОСОВЫЙ ГИБКИЙ АНКЕР

Полезная модель относится к горному делу и может использоваться при креплении или усилении крепления горных выработок.
Известен гибкий анкер (патент РФ №2166636; МПК E21D 21/00, опубл. 10.05.2001), включающий грузонесущий канат с ограничителями радиального перемещения в виде втулок, с головкой, выполненной в виде спрессованных и неопрессованных втулок у дна скважины, муфту, закрепляемую на хвостовике каната у устья скважины. Этот анкер работоспособен при нагнетательном способе закрепления его по всей длине цементными растворами или смолами. Недостаток такого анкера состоит в том, что при ампульном закреплении и значительном кольцевом зазоре между канатом и стенками скважины, большем оптимального, плохо перемешивается смола с катализатором (отвердителем), размещенными в двухкамерной ампуле. В результате смола или медленно отверждается, или совсем не отверждается. Кроме того, анкер имеет пологую нагрузочную характеристику в начальный период после закрепления.
Известен канатный анкер (патент РФ №2178082; МПК E21D 21/00, опубл. 10.01.2002) состоящий из множества скрученных проволок, муфты для соединения концов проволок прядей каната, ограничителей радиального перемещения прядей канатов в виде хомутов (втулок), между которыми имеются участки разъединения контактов прядей каната жесткими вставками. Такой вариант исполнения технологичен для закрепления каната цементными смесями нагнетательным способом
Недостаток такого каната проявляется при закреплении его ампулами механическим способом путем подачи и вращения. Полимерная закрепляющая втулка имеет неплотную структуру с разрывами сплошности, с воздушными пузырями, что снижает прочность закрепляющего материала. При неоптимальном кольцевом зазоре смола плохо перемешивается с отвердителем.
Техническим результатом заявляемого технического решения является увеличение нагрузочной характеристики анкера, повышение качества крепления горной выработки, увеличение плотности закрепляющей втулки, увеличение надежности закрепления анкера в шпуре и повышение надежности закрепления втулки с резьбой на тросе.
Указанный технический результат достигается тем, что в тросовом гибком анкере состоящем из семижильного троса правой или левой навивки с проволочным шнеком и узлами уширения на головном конце, соединительного узла состоящего из троса, втулки с резьбой и гайкой и клина, а также трубки жесткости на тросе у втулки с резьбой, отличающийся тем, что проволочный шнек выполнен из проволоки, которая охватывает трос и проходит между прядями троса, узлы уширения могут создаться с помощью колец надетых на центральную или внешнюю жилы троса, а соединительный узел состоит из троса, втулки с резьбой, двойного клина или клина-цанги, или втулки с конической поверхностью и продольным разрезом на центральной жиле троса, или втулки с конической поверхностью и продольным разрезом, которая охватывает трос с внешней стороны.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан тросовый гибкий анкер; на фиг.2 показан узел уширения (вид А фиг 1); на фиг.3 показано кольцо; на фиг.4 показан разрез Б-Б фиг.3; на фиг.5 показан соединительный узел состоящий из троса и втулки с резьбой и двойного клина; на фиг.6 показан двойной клин; на фиг.7 показан соединительный узел состоящий из троса и втулки с резьбой и клина-цанги; на фиг.8 показан клин-цанга; на фиг.9 показан вид В фиг.8.
Тросовый гибкий анкер (Фиг.1), состоит из семижильного троса правой или левой навивки 1 с проволочным шнеком 2 и узлами уширения (Фиг.2), образованными кольцами 6 на головном конце анкера, соединительного узла состоящего из троса 1, втулки с резьбой 3 и двойного клина.
Проволочный шнек 2 (Фиг.1,2) с узлами уширения (Фиг.2), образованными кольцами 6 необходим для качественного перемешивания смолы с отвердителем в случаях, когда кольцевой зазор между стенками шпура 10 и грузонесущим тросом 1 больше оптимального. При увеличенном зазоре трос не разрывает полость ампулы, содержащий отвердитель, и плохо его перемешивает со смолой. Смола не отверждается и вытекает вниз, анкер не закрепляется. Такая ситуация возникает в случаях невозможности бурения скважин оптимального диаметра. Для создания оптимального зазора (2-5 мм между стержнем анкера и шпуром) на центральную или внешнюю жилу троса надевают кольца (Фиг.3, 4), которые создают узлы уширения и этим создается оптимальный кольцевой зазор. Узлы уширения, образованные кольцами (Фиг.2), также препятствует выкручиванию троса из закрепляющей втулки 7. В случае отсутствия узлов уширения, образованных кольцами, при нагружении анкера вдоль его оси пряди троса сжимаются и он, как по резьбе, начинает выкручиваться из закрепляющей втулки 7. Проволочный шнек 2, проходя между прядями троса и далее, охватывая трос, снаружи имеет такую навивку, чтобы при вращении анкера шнек перегонял смолу от устья к дну скважины, уплотняя ее и выгоняя воздух. В таком случае получается плотная забойка скважины закрепляющим материалом. В предлагаемом решении исключается возможность неотверждения смолы вследствие того, что кольца 6 уменьшают кольцевой зазор, создавая узлы уширения до оптимального, разрывает оболочку двух камер ампулы, а проволочный шнек 2 качественно перемешивает смолу с отвердителем и перегоняет смолу от устья к забою скважины, также узлы уширения препятствуют выкручиванию троса 1 из закрепляющей втулки 7 в шпуре 10.
При установке анкера с вращением и подачей к дну скважины в смоле образуются воздушные пузыри, нарушается сплошность закрепляющей втулки 7, что уменьшает ее прочность на сдвиг и сжатие. Введение проволочного шнека 2 устраняет этот недостаток, т.к. проволочный шнек транспортирует закрепляющий материал к дну скважины. При этом пузырьки воздуха вытесняются к устью шпура, а смола становится плотной, прочной, без разрывов сплошности, что приводит к увеличению нагрузочной характеристики анкера, повышению качества крепления горной выработки, увеличению плотности закрепляющей втулки и увеличению надежности закрепления анкера в шпуре.
Для качественного взаимодействия троса 1 с закрепляющей втулкой трос должен иметь места увеличенного сечения. Для этого на центральную или внешнюю жилы надеваются кольца, образуя узлы уширения троса (Фиг.2). Узлы уширения троса (Фиг.2) препятствуют выкручиванию его из закрепляющей втулки и создают оптимальный кольцевой зазор со шпуром.
Для качественного соединения втулки с резьбой 3 и троса 1 (Фиг.5) в соединительный узел введен двойной клин с продольным разрезом (Фиг.6), который позволяет без подбора угла сопрягаемых конусных поверхностей производить сборку анкера, причем первый клин 4 выполнен из мягкой стали (ст.3 и др.), а второй клин 5 из более твердой (ст.35 и более). Таким образом, при вдавливании троса с клиньями во втулку при сборке анкера происходит смятие первого клина из мягкой стали более твердым клином, что приводит к заполнению пустот между прядями троса раздавленным клином, а также к увеличению площади сопрягаемых поверхностей и, следовательно, увеличению сил трения. Увеличение сил трения приводит к более качественному и надежному соединению втулки с тросом и исключает возможность соскальзывания втулки с троса при установке гибкого тросового анкера в шахтных условиях, когда усилие прилагается в сторону обратную вдавливанию, что в конечном итоге сказывается на безопасности горных работ.
В соединительном узле втулки и троса возможно использование клина-цанги 11 (Фиг.7, 8, 9), т.е. цангово-клинового соединения. Клин-цанга (Фиг.8, 9) выполнен из цельной трубы с двумя прорезями до ее середины, которые разделяют клин-цангу 11 на четыре части в ее верхней части. При установке на среднюю жилу троса и последующем вдавливании троса во втулку происходит надежное обжатие клином-цангой центральной жилы троса (Фиг.7), что предотвращает сползание клина-цанги при приложении нагрузки к анкеру и исключает возможность соскальзывания втулки с троса при установке гибкого тросового анкера в шахтных условиях, когда усилие прилагается в сторону, обратную вдавливанию.
При использовании тросового гибкого анкера для различных горно-геологических условий, таких как, выветрелые, обводненные, прочные, слабые и др. породы кровли горной выработки, возможно применение различного исполнения и сочетания проволочных шнеков, узлов уширений и соединений троса и втулки с резьбой (Фиг.10-18):
на фиг.10 представлена втулка с клином на центральной жиле, который выполненный в виде втулки с конической поверхностью и продольным разрезом;
на фиг.11 представлена втулка с конической поверхностью и продольным разрезом, надеваемая на центральную жилу троса;
на фиг.12 представлен вид Г фиг.11;
на фиг.13 представлена втулка с клином, который выполнен в виде втулки с конической поверхностью и продольным разрезом, которая охватывает трос с внешней стороны;
на фиг.14 представлена втулка с конической поверхностью и продольным разрезом, которая охватывает трос с внешней стороны;
на фиг.15 представлен вид Д фиг.14;
на фиг.16 представлен головной конец гибкого тросового анкера с проволочным шнеком, который охватывает трос с внешней стороны и узлов уширения образованных кольцами на центральной или внешней жиле троса;
на фиг.17 представлен головной конец гибкого тросового анкера с проволочным шнеком из проволоки, которая охватывает трос и проходит между прядями троса;
на фиг.18 представлен головной конец гибкого тросового анкера, выполненный с узлами уширения из колец.
Установка гибкого тросового анкера осуществляется следующим образом: бурится шпур 10 на длину анкера, в него вставляют ампулы и досылают их анкером до упора в дно шпура. После этого к втулке с резьбой 3 тросового гибкого анкера посредством переходника присоединяют анкероустановщик, который путем вращения и подачи устанавливает анкер до упора в дно шпура. При этом проволочный шнек 2 и узлы уширения, образованные кольцами 6, разрывают оболочку ампулы с закрепляющим материалом и качественно его перемешивают, а затем транспортируют к дну шпура. После отверждения закрепляющего материала на втулку с резьбой надевают опорный элемент и затягивают гайку 8.
Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом в предлагаемом решении увеличена крутизна нагрузочной характеристики анкера, повышено качество крепления горной выработки, повышена плотность закрепляющей втулки, увеличена надежность закрепления анкера в шпуре и повышена надежность закрепления втулки с резьбой на тросе.