АНКЕР

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к укреплению контура горных выработок, преимущественно их кровли, путем установки анкерной крепи.
В мировой практике применяются различные виды анкерных крепей, в том числе и широко распространенные стержневые анкеры, закрепляемые в шпурах быстро твердеющими составами, которые обеспечивают необходимую степень упрочнения свода горной выработки, исключая его обрушение. Для решения этой задачи стержневые анкеры должны иметь высокую прочность самого стержня для восприятия всех действующих на него нагрузок, главным образом со стороны массива горных пород, надежное сцепление с прилегающими породами, а также несложную и технологичную конструкцию с минимальной массой и приемлемой стоимостью.
Уже известен сталеполимерный анкер, содержащий несущий стержень из стального проката с винтовым наружным профилем, на нижний, замковый конец которого навинчивается гайка с соответствующим профилем резьбы, взаимодействующая с опорной плитой [1].
Этот известный анкер имеет простую и достаточно прочную конструкцию, в которой используются стандартные стальной прокат с гайкой, однако он имеет большую массу, что усложняет и делает весьма трудоемкой его транспортировку и монтаж в условиях подземных выработок.
Известен также горный анкер, содержащий композитный (стеклопластиковый) несущий стержень с образованной на его замковой части резьбой для установки поджимной гайки, при этом композитный стержень имеет рифленую наружную поверхность и скошенный верхний (выходной) конец [2]. Этот композитный анкер может воспринимать большие, чем стальной, осевые усилия и при этом имеет существенно меньшую массу. Однако для передачи этих осевых нагрузок через резьбовое соединение между стеклопластиковым стержнем и гайкой необходимо его упрочнение, например, путем закрепления на замковом конце стержня толстостенной промежуточной втулки с наружной резьбой и увеличения размеров навинчиваемой на нее гайки, что усложняет конструкцию и технологию ее изготовления, а также удорожает анкер.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели из числа известных в уровне техники является анкер, содержащий несущий композитный стержень с центральным осевым каналом, выполненный на основе полимерного связующего, армированного ориентированными параллельно продольной оси стержня неорганическими волокнами, с образованной в нижней, замковой части стержня резьбой для установки поджимной гайки и с верхним, выходным концом, выполненным скошенным и снабженным заглушкой [3]. Выполнение несущего композитного стержня в этом анкере с центральным осевым каналом позволяет повысить адгезионное сцепление стержня в шпуре (за счет увеличения площади его наружной поверхности) при сохранении им прочности на разрыв. Однако при этом снижается прочность стержня на восприятие поперечных нагрузок и крутящего момента относительно продольной оси и слабым местом остается резьбовое соединение на замковом конце, для усиления которого приходится устанавливать дополнительную втулку и повышать размеры гайки.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в обеспечении надежного крепления кровли и бортов горных выработок, а технический результат, который может быть достигнут при ее реализации, заключается в повышении несущей способности анкера без усложнения его конструкции и существенного увеличения размеров его частей.
Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в анкере, содержащем несущий композитный стержень с центральным осевым каналом, выполненный на основе полимерного связующего, армированного ориентированными параллельно продольной оси стержня неорганическими волокнами, с образованной на его нижней, замковой части резьбой для установки поджимной гайки и с верхним, выходным концом, выполненным скошенным и снабженным заглушкой, предлагается несущий стержень выполнить с еще, по крайней мере, одним наружным слоем, образованным путем поперечной намотки армирующих волокон с их пропиткой связующим на слой с продольно ориентированными волокнами, а нижний, замковый конец несущего стержня образовать из отрезка стального арматурного профиля с резьбовой наружной поверхностью под металлическую гайку, частично вставленного в канал несущего стержня и жестко связанного с ним.
Наружная поверхность несущего стержня может быть выполнена профилированной путем спирально намотки на нее жгута из армирующих волокон.
Несущий композитный стержень может быть выполнен на основе полиуретанового или эпоксидного связующего, армированного базальтовым или стекловолокном.
Образующий замковый конец отрезок арматурного профиля может быть соединен с несущим стержнем клеевым соединением, а установленная в выходном конце несущего стержня заглушка может быть выполнена со скошенным торцом, выступающим из канала симметрично скошенному торцу несущего стержня.
Использование в качестве замковой части несущего стержня отрезка стального арматурного профиля, вклеенного в осевой канал стержня и имеющего необходимый для восприятия нагрузок диаметр в сочетании с выполнением несущего стержня многослойным с различной ориентацией армирующих волокон в слоях, увеличивающим прочность стержня в отношении поперечных нагрузок и крутящих моментов, повышает равнопрочность частей анкера и его несущую способность. При этом в анкере применяются стандартные элементы - арматурный профиль с навинчиваемой на него стальной гайкой [1].
Другими словами конструкция заявляемого анкера представляет собой компромисс между полностью стальным [1] и полностью композитным [3] анкерами, в котором большая часть несущего стержня выполнена из многослойного базальтопластика, обеспечивающего повышенную несущую способность, а его замковая часть выполнена в виде стального хвостовика с гайкой, обеспечивающих простое и надежное замыкание анкера.
Пример одного из возможных конструктивных выполнений полезной модели представлен на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 показано продольное сечение анкера.
На фиг. 2 представлен фрагмент несущего композитного стержня в увеличенном масштабе.
Заявляемый анкер содержит несущий композитный стержень 1 с центральным осевым каналом 2. На нижнем, замковом конце стержня 1 расположены гайка 3 и опорная плита 4, а его верхний конец выполнен со скосом 5 и снабжен заглушкой 6.
Несущий композитный стержень 1 имеет, по крайней мере, два слоя, при этом внутренний слой 7 выполнен на основе полимерного связующего, армированного неорганическими волокнами, ориентированными параллельно продольной оси стержня 1, а внешний слой 8 образован поперечной намоткой армирующих волокон и их пропиткой связующим. Основным слоем, рассчитанным на восприятие наибольших осевых нагрузок, является внутренний слой 7, а внешних, упрочняющих его слоев 8 может быть и несколько, например, два и они могут отличаться направлением намотки и видом армирующих волокнистых материалов - нити, ленты, жгуты и др.(на чертежах не показано).
В качестве основы несущего стержня 1 может использоваться полиуретановое или эпоксидное связующее, а в качестве армирующих материалов - базальтовые или стекловолокнистые.
Замковый конец несущего стержня 1 образован отрезком стального арматурного профиля 9 с резьбовой наружной поверхностью, на которую навинчивается гайка 3. Отрезок арматурного профиля 9 вставлен в центральный осевой канал 2 стержня 1 и жестко соединен с ним посредством, например, клея-компаунда 10, выполненного на основе используемого связующего с наполнителями, повышающими прочность клеевого соединения [4].
Диаметр арматурного профиля 9 выбирается из условия восприятия действующих на анкер осевых усилий и может лежать в интервале 16-24 мм, а длина его может составить 0,4-0,6 м при общей длине анкера 2-5 м.
Для более надежного и прочного сцепления несущего стержня 1 с быстро твердеющим полимерным составом внутри шпура его наружная поверхность выполнена профилированной путем спиральной намотки на внешний слой 8 жгута 11 из армирующих волокон, а для ускорения разрушения ампул с быстро твердеющим полимерным составом (на чертежах не показаны) и его равномерного перемешивания и распределения вокруг стержня 1 заглушка 6 выполнена со скошенным торцом 12, выступающим из канала 2 симметрично скосу 5 стержня 1.
Заглушка 6 может крепиться в канале 2 несущего стержня 1 в нужном положении (см. фиг. 1) посредством клеевого соединения.
Несущий композитный стержень 1 может формоваться на известных пултрузионных установках [5] с последующими вклеиванием в его хвостовую часть стандартного арматурного профиля 9, в головную - заглушки 6 и комплектацией стандартной гайкой 3 и опорной плитой 4.
Использование отрезка арматурного профиля 9 необходимого диаметра в качестве замкового конца анкера в сочетании с выполнением несущего стержня 1 многослойным с различной ориентацией волокнистых армирующих элементов в слоях обеспечивает повышение несущей способности анкера приемлемой массы без существенного усложнения его конструкции и технологии его изготовления.
Источники информации:
[1]. RU, №28183, E21D 21/00, 2002.
[2]. RU, №2280166, Е21D 21/00, 2004.
[3]. RU, №39359, Е21D 21/00, 2004, (прототип)
[4]. www.macromer.ru/catalog/Epoksi_smoli/kley kompaund.
[5]. RU, №2133670, B29C 55/30, 199
[6]. RU, №70309, E21D 21/00, 2007.
[7]. WO, 2010/140845, B29C 70/28, 2010.
[8]. JP, №2003201800, E02D 17/20, 2003.