ВИБРОЗАБИВНОЙ АНКЕР (ВИБРОЗАН)
VIBRO-DRIVING ANCHOR (VIBROZAN)

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к анкерной крепи горных выработок в широком диапазоне условий их поддержания.
Известен железобетонный анкер (А. С. СССР. №1252503, Е21D 21/00, 1984 г.), включающий несущий элемент с омоноличенной твердеющим раствором замковой частью, под которым с целью повышения качества закрепления анкера путем обеспечения герметизации пространства между стержнем анкера и стенками скважины, размещена резиновая уплотнительная манжета, выполненная в виде втулки с воронкообразным углублением, продольными прорезями и упорным кольцом из витка проволочной спирали.
Установка анкера производится следующим образом.
В пробуренную скважину вводятся патроны с быстротвердеющим вяжущим и фиксируются от выпадения специальным стопором. Затем в скважину вводится стержень анкера, на конце которого установлена уплотнительная манжета. Стержень анкера с помощью переходника подключается к ручному сверлу и подается к забою скважины, где путем перемешивания содержимого патронов образуется твердеющая масса и формируется замковая часть анкера.
К недостаткам этого анкера следует отнести сложность конструкции и технологии установки, требующая изготовления множества деталей и операций при установке анкера. Кроме того, после установки анкера требуется определенное время для набора необходимой прочности твердеющего состава замковой части анкера.
Известен также анкер (А. С. СССР, №1446328, Е21D 21/00, 1986 г.) для крепления горных выработок в слабоустойчивых породах в условиях многократного влияния взрывных работ.
С целью увеличения длины сцепления анкера с породами анкер включает замковую часть с эластичной распорной втулкой и участок со стержнем, замоноличенным закрепляющей смесью.
При установке сначала в шпур досылают замковую часть и заполняют шпур закрепляющей смесью. Затем вводят через закрепляющую смесь стержень анкера и путем вращения его хвостовика ввинчивают в распорную втулку, распирая его замковую часть.
Основным недостатком этого анкера является конструкция его замковой части, предусматривающая множество сложных в изготовлении деталей.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструкция анкера железобетонной штанговой крепи (А. С. СССР, №620621, Е21D 21/00, 1974 г.), которая состоит из стержня с опорной головкой, закрепляемого твердеющим составом и головного замка, выполненного в виде деревянной пробки с коническим углублением в торце, в котором размещена направляющая гильза, выполненная в виде усеченного конуса.
Недостатком этого анкера является сложность конструкции головного замка и невысокая его начальная несущая способность сразу после установки за счет того, что в процессе забивки стержня периодического профиля в деревянную пробку происходит тотальное разрушение волокон древесины вокруг стержня элементами периодического профиля. В результате это приводит к значительной потере распора в замке анкера и снижению его начальной несущей способности.
Техническим результатом изобретения является улучшение рабочих характеристик железобетонного анкера и повышение качества закрепления.
Технический результат изобретения достигается тем, что с целью упрощения технологии установки и повышения качества закрепления анкера несущий элемент выполнен с осевым отверстием диаметром меньше диаметра стержня, при этом головной конец штанги имеет гладкую поверхность и заострение с углом, равным углу конусного углубления втулки, а цементное вяжущее в шпуре провибрировано при размещении в нем анкера.
Несущий элемент может быть выполнен с продольными прорезями.
Штанга по всей длине, кроме головного конца, может иметь круглую резьбу под гайку с соответствующей резьбой.
Заостренный головной конец штанги может иметь стреловидную форму.
Несущий элемент может быть выполнен из низкомодульного упругого материала (типа резины).
Вяжущее после затвердения может обладать свойствами низкомодульного упругого материала (типа резины).
На фиг.1 и 2 соответственно изображены анкер после его установки в скважине и деревянная втулка головного замка анкера.
Анкер состоит из следующих деталей:
1 - цементный раствор: Ц:П=1:1, В/Ц=0,4;
2 - металлический стержень из Ст.3, диаметр - 20 мм;
3 - втулка несущего элемента, выполненная, например, из березы или древесины хвойных пород;
4 -опорная плита (Ст.3, 150×150 мм, толщина - 10 мм);
5 - гайка М20.
Виброзабивной железобетонный анкер (фиг.1) содержит закрепляемый в скважине посредством цементирующего состава 1 штангу 2, несущий элемент 3, опорную плиту 4 и натяжную гайку 5. Несущий элемент 3 выполнен в виде деревянной втулки с центральным отверстием и направляющей воронкой. Головной конец стержня заострен. Конусность направляющей воронки и угол заострения конца стержня принимают примерно одинаковыми, в диапазоне 20÷30°. Исходя из опытных данных, более тупые углы способствуют разрушению древесины на поверхности осевого отверстия втулки, что снижает распор штанги в головном замке, а более острые требуют увеличения общей длины втулки.
3
1
2
Диаметр осевого отверстия деревянной втулки концевого замка анкера (d) определяется из условия разницы площадей: S<S;
;
1
2
где D, D - соответственно диаметры скважины и деревянной втулки;
;
3
4
где D, D - соответственно диаметры осевого отверстия втулки и штанги.
Для скважины диаметром 42 мм, толщины штанги анкера - 20 мм и принятом диаметре втулки - 40 мм диаметр осевого отверстия втулки принимают равным 8 - 10 мм в зависимости от плотности древесины. Например, для втулки из березы диаметр отверстия принимают равным 10 мм.
При установке анкера в пробуренную скважину с помощью раствороподающей трубы (шприца) досылают до забоя втулку несущего элемента 3 и через ту же трубу заполняют скважину цементно-песчаной смесью 1. Далее с помощью виброзабивного инструмента размещают в скважине штангу 2, стыкуют се заостренный конец с конусным углублением несущего элемента 3 и расклинивают конец штанги 2 в осевом отверстии деревянной втулки несущего элемента, которая в свою очередь распирается в скважине. При этом попутно производится вибрационная обработка смеси, в процессе которой происходит цементация трещин в породных стенках скважины выделяемым при вибрации «цементным молочком». Часть цементно-песчаной смеси 1 в процессе расклинивания штанги 2 поступает в осевое отверстие деревянной втулки, что также способствует закреплению штанги в замке за счет набухания древесины и повышения сил трения на контакте штанги со стенками осевого отверстия втулки. Затем надевают на хвостовик штанги опорную плиту 4 и поджимают последний к породе посредством натяжной гайки 5.
В качестве виброзабивного инструмента могут применяться ручные перфораторы, используемые для бурения скважин, пневмо- и электромолотки и перфораторы с достаточными энергией и частотой удара.
Для снижения трудозатрат для расклинивания анкера в скважине деревянная втулка несущего элемента может быть выполнена с продольными прорезами.
В условиях многократного влияния динамических знакопеременных нагрузок, например при многократном воздействии взрывных работ или для крепления выработок анкерной крепью в районах повышенной сейсмической активности, заостренный головной конец штанги может быть выполнен стреловидной формы, а несущий элемент выполнен из упругоподатливого материала типа высокопрочной резины. В этом случае в несущем элементе используется эффект «гарпуна», способствующий самонатяжению анкера при воздействии знакопеременных нагрузок и, тем самым, препятствующий расслоению пород в заанкерованной толще.
Увеличения сцепления бетона со штангой достигают путем нанесения круглой резьбы или насечки на замоноличиваемом участке штанги в процессе изготовления. Резьбу на хвостовике штанги используют для поджатия опорного элемента к поверхности выработки соответствующей гайкой при установке анкера.
В выработках, где ожидаются повышенные смещения пород на контуре, например в зонах опорного давления или при поддержании выработок в породах с высокой степенью ползучести, в качестве вяжущего при установке анкера применяют состав, который после затвердевания приобретает свойства упругоподатливого материала (типа резины), т.е. материал, способный растягиваться без разрушения с нарастающим сопротивлением.