АНКЕР (ВАРИАНТЫ)
ANCHOR (VERSIONS)

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для крепления выработок.
Известен анкер по первому варианту патента РФ №2244831, кл. Е21D 21/00, опубл. в БИ №2, 2005 г., включающий штангу, гайку, опорную шайбу и разрушаемую втулку, установленную на штанге. На штанге закреплена трубка с конусной внешней поверхностью, расширяющейся в сторону замкового конца анкера. Разрушаемая втулка выполнена из частиц заданных размеров, формы и прочности, скрепленных связующим веществом, прочность которого меньше прочности указанных частиц. Между опорной шайбой и разрушаемой втулкой установлена металлическая втулка.
Этот анкер имеет сравнительно высокую трудоемкость установки в скважине (в каждой скважине нужно многократно устанавливать и разрушать втулки). При использовании относительно длинных втулок (с целью снижения трудоемкости установки анкера) сцепление анкера со стенками скважины оказывается неравномерным, что снижает надежность крепления. Поэтому эффективность анкера сравнительно низкая.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является анкер по третьему варианту патента РФ №2298101, кл. Е21D 21/00, опубл. в БИ №12, 2007 г., включающий разрушаемую втулку. Составляющие разрушаемую втулку части скреплены по продольным плоскостям связующим веществом, прочность которого меньше прочности материала частей разрушаемой втулки. На конце разрушаемой втулки установлена заглушка, а полость разрушаемой втулки заполнена твердеющим веществом, которое при отвердении расширяется.
Вблизи места установки известного анкера необходимо организовать участок, на котором изготовить твердеющее вещество, расширяющееся при отвердении. Затем анкер должен быть заполнен приготовленным веществом и установлен в скважине до начала взаимодействия расширяющегося вещества с разрушаемой втулкой, т.е. в течение ограниченного времени. Все это обуславливает относительно низкую эффективность анкера.
Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности анкера за счет снижения трудоемкости его подготовки к работе.
Задача по первому варианту решается тем, что в анкере, включающем втулку, заполненную веществом, согласно предлагаемому техническому решению вещество представляет собой сыпучий материал, поданный во втулку в оболочке, проницаемой для жидкости, которая при взаимодействии с сыпучим материалом образует твердеющую смесь, расширяющуюся при отвердении.
Такое техническое решение не регламентирует время установки анкера в скважине после подачи в него сыпучего материала в оболочке. Оно может использоваться без организации вблизи места установки анкера участка для изготовления вещества, расширяющегося при отвердении. Взаимодействие жидкости и сыпучего материала происходит одновременно по всей длине втулки. Все это упрощает подготовку анкера к установке в скважине и, следовательно, повышает его эффективность.
Целесообразно полость втулки выполнить таких размеров, чтобы отношение объема жидкости после полного заполнения втулки к объему сыпучего материала в оболочке соответствовало технологическим требованиям приготовления указанной твердеющей смеси. Это исключает необходимость дозировать жидкость до ее подачи во втулку. Поэтому упрощается подготовка анкера к установке в скважине, что повышает его эффективность.
Целесообразно оболочку выполнить из полос, склеенных по краям клеем, растворимым в подаваемой во втулку жидкости. Это, за счет распада оболочек на части в жидкости, обеспечивает наиболее полное взаимодействие жидкости и сыпучего материала и тем самым повышает эффективность работы анкера.
Целесообразно на внешней поверхности втулки выполнить продольные канавки со сходящимися в направлении оси втулки поверхностями. Это снижает усилие, необходимое для распора втулки в стенки скважины. Поэтому при заданном усилии можно использовать более толстостенные втулки, что повышает нагрузочную способность анкера, т.е. его эффективность.
Целесообразно в конец втулки вставить и закрепить стержень с резьбой на свободном конце. Это дает возможность крепить к анкеру различные изделия, например защитные ограждения от возможного выпадения кусков горной породы. Стержень также исключает выпадение оболочки из втулки в случае установки анкера в восстающие скважины. В результате повышается эффективность анкера.
Целесообразно с торца входящего во втулку конца стержня выполнить осевое отверстие. За счет осевого отверстия расширяется входящий во втулку конец стержня и распирается в ней. Это существенно снижает вероятность выдавливания расширяющейся смесью стержня из втулки, что повышает надежность работы анкера и, следовательно, его эффективность.
Целесообразно на дне осевого отверстия в стержне установить цилиндр из материала, способного деформироваться под действием образующейся твердеющей смеси. Это практически исключает выдавливание стержня расширяющейся смесью из втулки, что также повышает надежность работы анкера и, как следствие, его эффективность.
Целесообразно на выходящем из втулки конце стержня выполнить поперечное отверстие, в которое вставить отрезок проволоки из упругого материала длиною, большей диаметра скважины. Это позволяет упором концов отрезка проволоки в стенки скважины удерживать анкер в восстающей скважине до отвердения и расширения смеси, что повышает эффективность его работы.
Целесообразно детали анкера выполнить из материалов, не повреждающих рабочие органы механизмов для разрушения горных пород, например из пластмассы. Это позволяет устанавливать анкеры в породных массивах, подлежащих в дальнейшем отработке механизированными комплексами, что обуславливает эффективность использования такого анкера.
Задача по второму варианту решается тем, что в анкере, включающем втулку, заполненную веществом, согласно предлагаемому техническому решению вещество представляет собой сыпучий материал, поданный во втулку в оболочке, проницаемой для жидкости, которая при взаимодействии с сыпучим материалом образует твердеющую смесь, расширяющуюся при отвердении, при этом в оболочку с сыпучим материалом вставлена штанга.
Такое техническое решение не регламентирует время установки анкера в скважине после подачи в него сыпучего материала в оболочке. Оно может использоваться без организации вблизи места установки анкера участка для изготовления вещества, расширяющегося при отвердении. Взаимодействие жидкости и сыпучего материала происходит одновременно по всей длине втулки. Все это упрощает подготовку анкера к установке в скважине и, следовательно, повышает его эффективность. Вместе с этим в этом варианте исполнения нагрузочная способность анкера обусловлена прочностью штанги, поэтому втулка может быть изготовлена из любого не проницаемого для жидкости материала, например полиэтилена. Поэтому анкер менее трудоемок в изготовлении. Все это упрощает подготовку анкера к установке в скважине и, следовательно, повышает его эффективность.
Целесообразно полость втулки выполнить таких размеров, чтобы отношение объема жидкости после полного заполнения втулки к объему сыпучего материала в оболочке соответствовало технологическим требованиям приготовления указанной твердеющей смеси. Это исключает необходимость дозировать жидкость до ее подачи во втулку. Поэтому упрощается подготовка анкера к установке в скважине, что повышает его эффективность.
Целесообразно оболочку выполнить из полос, склеенных по краям клеем, растворимым в подаваемой во втулку жидкости. Это за счет распада оболочек на части в жидкости обеспечивает наиболее полное взаимодействие жидкости и сыпучего материала и тем самым повышает эффективность работы анкера.
Целесообразно на свободном от оболочки с сыпучим материалом конце штанги выполнить поперечное отверстие, в которое вставить отрезок проволоки из упругого материала длиною, большей диаметра скважины. Это позволяет упором концов отрезка проволоки в стенки скважины удерживать анкер в восстающей скважине до отвердения и расширения смеси, что повышает надежность работы и, следовательно, эффективность анкера.
Целесообразно детали анкера выполнить из материалов, не повреждающих рабочие органы механизмов для разрушения горных пород, например из пластмассы. Это позволяет устанавливать анкеры в породных массивах, подлежащих в дальнейшем отработке механизированными комплексами, что обуславливает эффективность использования такого анкера.
Задача по третьему варианту решается тем, что в анкере, включающем втулку, заполненную веществом, согласно предлагаемому техническому решению вещество представляет собой сыпучий материал, поданный во втулку в оболочке, проницаемой для жидкости, которая при взаимодействии с сыпучим материалом образует твердеющую смесь, расширяющуюся при отвердении, при этом во втулку вставлена штанга, а оболочка с сыпучим материалом навита на штангу в виде спирали.
Такое техническое решение также не регламентирует время установки анкера в скважине после подачи в него сыпучего материала в оболочке. Оно может использоваться без организации вблизи места установки анкера участка для изготовления вещества, расширяющегося при отвердении. Взаимодействие жидкости и сыпучего материала происходит одновременно по всей длине втулки. Нагрузочная способность анкера обусловлена прочностью штанги, поэтому втулка может быть изготовлена из любого не проницаемого для жидкости материала, например полиэтилена. Кроме этого, оно позволяет накручиванием на штангу в виде спирали оболочки, выполненной в заводских условиях, изготавливать анкер практически на любых действующих горных предприятиях. При этом в качестве штанги можно использовать изделия проката (арматуру, полозья, трубы и т.д.), бывшие в употреблении. Все это упрощает изготовление и использование анкера в производственных условиях, что повышает его эффективность.
Целесообразно полость втулки выполнить таких размеров, чтобы отношение объема жидкости после полного заполнения втулки к объему сыпучего материала в оболочке соответствовало технологическим требованиям приготовления указанной твердеющей смеси. Это исключает необходимость дозировать жидкость до ее подачи во втулку. Поэтому упрощается подготовка анкера к установке в скважине, что повышает его эффективность.
Целесообразно оболочку выполнить из полос, склеенных по краям клеем, растворимым в подаваемой во втулку жидкости. Это за счет распада оболочек на части в жидкости обеспечивает наиболее полное взаимодействие жидкости и сыпучего материала и тем самым повышает эффективность работы анкера.
Целесообразно на свободном от оболочки с сыпучим материалом конце штанги выполнить поперечное отверстие, в которое вставить отрезок проволоки из упругого материала длиною, большей диаметра скважины. Это позволяет упором концов отрезка проволоки в стенки скважины удерживать анкер в восстающей скважине до отвердения и расширения смеси, что повышает надежность работы и, следовательно, эффективность анкера.
Целесообразно детали анкера выполнить из материалов, не повреждающих рабочие органы механизмов для разрушения горных пород, например из пластмассы. Это позволяет устанавливать анкеры в породных массивах, подлежащих в дальнейшем отработке механизированными комплексами, что обуславливает эффективность использования такого анкера.
Сущность технических решений поясняется примерами конкретного исполнения и чертежами.
На фиг.1 показан анкер по первому варианту, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - анкер по первому варианту в скважине, продольный разрез; на фиг.4 - анкер по второму варианту, продольный разрез; на фиг.5 - анкер по третьему варианту, продольный разрез.
Анкер по первому варианту исполнения включает втулку 1 (фиг.1, 2), на внешней поверхности которой выполнены продольные канавки 2 со сходящимися в направлении оси втулки 1 поверхностями. Во втулку 1 подан сыпучий материал 3 в оболочке 4, проницаемой для жидкости, которая при взаимодействии с сыпучим материалом 3 образует твердеющую смесь 5 (фиг.3), расширяющуюся при отвердении (далее - смесь 5). Полость втулки 1 выполнена таких размеров, что отношение объема жидкости после полного заполнения втулки 1 к объему сыпучего материала 3 в оболочке 4 соответствует технологическим требованиям приготовления смеси 5. Оболочка 4 выполнена из полос, склеенных по краям клеем (на фиг.1-3 не показано), растворимым в подаваемой во втулку 1 жидкости. В конец втулки 1 вставлен и закреплен стержень 6 с резьбой 7 на свободном конце. С торца входящего во втулку 1 конца стержня 6 выполнено осевое отверстие 8. На дне осевого отверстия 8 установлен цилиндр 9 из материала, способного деформироваться под действием образующейся твердеющей смеси 5. На свободном от стержня 6 конце втулки 1 установлена заглушка 10. На выходящем из втулки 1 конце стержня 6 выполнено поперечное отверстие 11, в которое вставлен отрезок 12 проволоки из упругого материала длиною, большей диаметра скважины 13. Анкер после заполнения втулки 1 жидкостью подан в скважину 13.
Работа анкера по первому варианту исполнения осуществляется следующим образом.
Втулку 1 заполняют жидкостью, устанавливают на конце втулки 1 заглушку 10 и подают анкер в скважину 13 (фиг.3). Жидкость проникает в оболочку 4, растворяет ее склеенные места и взаимодействует с сыпучим материалом 3, образуя смесь 5. С течением времени смесь 5 отвердевает и при отвердении расширяется. Под действием расширяющейся смеси 5 втулка 1 увеличивается в диаметре и с усилием придавливается к стенкам скважины 13. В результате анкер оказывается сцепленным со стенками скважины 13 по всей длине.
В качестве смеси 5 предполагается использовать серийно выпускаемое невзрывчатое разрушающее средство, которое приготавливают из сухого порошка и воды. В настоящем техническом решении сыпучий материал 3 является сухим порошком, а функцию жидкости, взаимодействующей с сыпучим материалом 3 и образующей смесь 5, выполняет обычная вода, которой заполняют втулку 1 непосредственно перед подачей анкера в скважину 13. Оболочку 4 можно выполнить из полос дешевой ткани или бумаги (используемых в изготовлении мешков для сыпучих материалов), склеенных по краям растворимым в воде клеем (например, клеем для обоев).
Продольные канавки 2, кроме снижения усилия для расширения втулки 1, способствуют также равномерному распределению нагрузки на анкер из-за симметричного раздвижения его поверхности относительно оси. Цилиндр 9 при деформировании освобождает пространство для расширяющейся смеси 5, от чего существенно снижается усилие выталкивания стержня 6 из втулки 1. Поперечное отверстие 11 и вставленный в него отрезок 12 проволоки из упругого материала используются только при установке анкера в восстающие скважины 13. При этом длина отрезка 12 выбирается такой, чтобы он распирался в стенки скважины 13, но не мог прокрутиться в отверстии 11 на 180°. Заглушка 10 защищает вещество 3 от воздействия окружающей среды при хранении и транспортировании анкера и исключает вытекание смеси 5 из втулки 1.
При использовании анкера в породных массивах, подлежащих в дальнейшем отработке механизированными комплексами, его детали выполняют из материалов, не повреждающих рабочие органы механизмов для разрушения горных пород. В качестве таких материалов используют, например, пластмассу.
Анкер по второму варианту исполнения включает втулку 1 (фиг.4) с сыпучим материалом 3 в оболочке 4, проницаемой для жидкости, которая при взаимодействии с сыпучим материалом 3 образует смесь 5 (на фиг.4 не показана). Полость втулки 1 выполнена таких размеров, что отношение объема жидкости после полного заполнения втулки 1 к объему сыпучего материала 3 в оболочке 4 соответствует технологическим требованиям приготовления смеси 5. Оболочка 4 выполнена из полос, склеенных по краям клеем, растворимым в подаваемой во втулку 1 жидкости. В оболочку 4 с сыпучим материалом 3 вставлена штанга 14 с поперечным отверстием 15 и резьбой 16 на свободном от оболочки 4 конце. На конце втулки 1, откуда выходит штанга 14, установлена заглушка 17 с осевым отверстием (на фиг.4 не обозначено). Свободный от заглушки 17 конец втулки 1 заклеен гидроизоляционным материалом (на фиг.4 не обозначен).
Работа анкера по второму варианту исполнения осуществляется следующим образом.
Втулку 1 заполняют жидкостью, устанавливают на ее конце заглушку 17 и анкер подают в скважину 13 (на фиг.4 не показана). Жидкость проникает в оболочку 4, растворяет ее склеенные места и взаимодействует с сыпучим материалом 3, образуя смесь 5. С течением времени смесь 5 отвердевает и при отвердении расширяется, от чего штанга 14 оказывается зажатой и через отвердевшую смесь 5 сцепленной со стенками скважины 13 по всей длине. В случае установки анкера в восстающей скважине 13, в поперечное отверстие 15 вставляют отрезок 12 (см. фиг.3) проволоки из упругого материала длиною, большей диаметра скважины 13, для удержания его в скважине 13 до отвердения смеси 5.
При использовании анкера в породных массивах, подлежащих в дальнейшем отработке механизированными комплексами, его детали выполняют из материалов, не повреждающих рабочие органы механизмов для разрушения горных пород. В качестве таких материалов используют, например, пластмассу.
Анкер по третьему варианту исполнения включает втулку 1 (фиг.5), в которую вставлена штанга 14 с поперечным отверстием 15 и резьбой 16 на свободном конце. На штангу 14 навита в виде спирали оболочка 4 с сыпучим материалом 3. Оболочка 4 проницаема для жидкости, которая при взаимодействии с сыпучим материалом 3 образует смесь 5 (на фиг.5 не показана). Полость втулки 1 выполнена таких размеров, что отношение объема жидкости после полного заполнения втулки 1 к объему сыпучего материала 3 в оболочке 4 соответствует технологическим требованиям приготовления смеси 5. Оболочка 4 выполнена из полос, склеенных по краям клеем, растворимым в подаваемой во втулку 1 жидкости. На конце втулки 1, откуда выходит штанга 14, установлена заглушка 17 с осевым отверстием. Свободный от заглушки 17 конец втулки 1 заклеен гидроизоляционным материалом (на фиг.5 не обозначен).
Работа анкера по третьему варианту исполнения осуществляется следующим образом.
Втулку 1 заполняют жидкостью, устанавливают на ее конце заглушку 17 и анкер подают в скважину 13 (на фиг.5 не показана). Жидкость проникает в оболочку 4, растворяет ее склеенные места и взаимодействует с сыпучим материалом 3, образуя смесь 5. С течением времени смесь 5 отвердевает и при отвердении расширяется, от чего штанга 14 оказывается зажатой и через отвердевшую смесь 5 сцепленной со стенками скважины 13 по всей длине. В случае установки анкера в восстающей скважине 13, в поперечное отверстие 15 вставляют отрезок 12 (см. фиг.3) проволоки из упругого материала длиною, большей диаметра скважины 13, для удержания его в скважине 13 до отвердения смеси 5.
При использовании анкера в породных массивах, подлежащих в дальнейшем отработке механизированными комплексами, его детали выполняют из материалов, не повреждающих рабочие органы механизмов для разрушения горных пород. В качестве таких материалов используют, например, пластмассу.
Основное назначение втулки 1 во втором и третьем вариантах исполнения анкера - не пропускать жидкость. Других требований к ней практически не предъявляется. Она может быть изготовлена, например, из целлофана и для герметизации с обеих сторон перетянута жгутом или липкой лентой.
Представленные варианты анкера предназначены для крепления выработок в различных условиях. Нагрузочная способность анкера по первому варианту обусловлена прочностью втулки 1. Находящаяся внутри нее смесь 5 служит для прижатия внешней поверхности анкера к стенкам скважины 13 и высоких требований к ее прочностным характеристикам не предъявляется. Поэтому анкер по первому варианту предполагается использовать для крепления прочных горных пород и при необходимости обеспечения высокой нагрузочной способности. В анкерах по второму и третьему вариантам надежность удержания горной породы от отжима в свободное пространство выработки определяется прочностными характеристиками смеси 5. Так как прочность смеси 5 ниже прочности втулки 1 (имеется в виду стальной), то анкеры по второму и третьему вариантам предполагается использовать для горных пород с меньшей прочностью (в сравнении с первым вариантом). Целесообразность использования анкеров по второму и третьему вариантам обусловлена сравнительно низкой их стоимостью. Особенность анкера по третьему варианту заключается в том, что его легко изготавливать в условиях действующих горных предприятий. Предполагается оболочку 4 выполнять в заводских условиях, а на месте изготовления анкера лишь навивать ее на штангу 14 в виде спирали. При этом в качестве штанги 14 можно использовать трубы малого диаметра, арматуру, толстую проволоку и т.д., причем бывшие в употреблении.
Важная особенность представленных анкеров заключается также в распоре стенок скважины 13 по всей длине, что упрочняет горную породу (боковым распором) и исключает ее отжим в свободное пространство скважины 13.
Отметим, что для повышения сцепления анкера со стенками скважины 13 на внешней поверхности втулки 1 можно выполнить различные выступы.