ВЗРЫВОРАСПОРНЫЙ АНКЕР
ROOF BOLT LOCKED BY FIRING

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в породах средней и ниже средней устойчивости, кроме шахт, опасных по газу и пыли.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологии «Технологии экологической безопасности разработки месторождений и добычи полезных ископаемых», поскольку решает одну из проблем, связанных с устойчивостью горных пород.
Проблема анкерного крепления горных выработок в подземных условиях заключается в следующем.
Суть анкерного крепления горных выработок в подземных условиях заключается в повышении устойчивости этих выработок за счет скрепления (стягивания) анкерами слоя горных пород их кровли. В этом случае скрепляемый слой пород называют непосредственной кровлей, а породы, к которой «подвешивается» непосредственная кровля, стянутая анкерами, - основной кровлей. Эта кровля является более устойчивой в сравнении с непосредственной кровлей. Кроме того, устойчивость горных выработок повышают в результате создания слоя пород, скрепленного анкерами только непосредственной кровли.
По характеру крепления непосредственной кровли выделяют два типа анкерного крепления. К первому типу относят анкеры, которые «подвешивают» непосредственную кровлю к основной кровле за счет закрепления одного конца анкера к основной кровле у дна шпура и удерживания (стягивания) непосредственной кровли посредством упорных пластин с натяжными гайками в устье шпура. К этому типу относят следующие конструкции анкеров: деревянные, клиновые, клино-распорные, сталеполимерные с заполнением полимерной смолой ампул, тросовые и другие анкера. Ко второму типу относят анкеры, которые скрепляют горные породы кровли выработки по всей длине шпура. К этому типу относят: железобетонные анкеры, анкеры с заполнением шпура полимерной смолой, взрывораспорные и другие (Широков А.П. и др. Анкерная крепь. Справочник. М.: Недра, 1990, 205 с., Логинов А.К. Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2006, 380 с.).
Основным недостатком анкеров первого типа является снижение их несущей способности от сотрясения пород при взрывных работах. Это происходит в результате ослабления натяжения анкера в результате разрушения породы под опорной плитой в устье шпура. Так, при интенсивности сейсмичности при взрывных работах 8 баллов несущая способность анкера снижается на 20,0% (Широков А.П., Лидер В.А., Кисляков Б.Г. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. М.: Недра, 1976, 208 с., с.192). С приближением анкерного крепления к месту взрыва интенсивность сейсмического воздействия на несущую способность анкера возрастает значительно, резко снижая эффективность анкерного крепления.
Поэтому установка анкеров первого типа вплотную к забою, а также с его опережением при ведении взрывных работ исключается.
Из анкеров второго типа железобетонные анкеры не могут применяться в непосредственной близости от места взрыва в результате превышения времени схватывания цементного раствора над продолжительностью цикла ведения горных работ. Анкеры с заполнением шпура полимерной смолой могут использоваться в рассматриваемых условиях, но только в горных выработках, размеры которых соизмеримы с длиной анкера. Так, для крепления горной выработки высотой 2 м с непосредственной кровлей толщиной 10-15 м установить металлический стержень длиной 10-15 м в шпур такой же глубины невозможно. Кроме того, конструкция анкера и технология его установки являются довольно сложными и трудоемкими. При использовании быстросхватывающихся полимерных смол анкеров возможно затвердевание смолы до окончания процесса ее нагнетания в шпур.
Взрывораспорный анкер известной конструкции состоит из отрезка трубы с установленным в ней детонирующим шнуром. При взрыве детонирующего шнура установленный в шпур отрезок трубы увеличивается в диаметре за счет растягивания металла и плотно прижимается к стенкам шпура, скрепляя породы по всей длине шпура. Взрывораспорный анкер можно устанавливать не только вплотную к взрываемому забою, но с его опережением. При этом детонирующий шнур взрывораспорных штанг взрывают за один прием с комплектом забойных шпуров. В результате обеспечивается крепление вплотную к взрываемому забою или с его опережением без снижения несущей способности анкера. Поэтому взрывораспорный анкер наиболее соответствует условиям крепления горных выработок, проходимых в породах средней и ниже средней устойчивости.
Недостатком взрывораспорных анкеров известной конструкции является невозможность их применения в горных выработках, размеры которых в поперечном сечении меньше глубины шпура для установки анкера. Так, в горной выработке высотой 2,0 м невозможно установить отрезок трубы длиной 10-15 м в пробуренный в кровле этой выработки шпур такой же глубины.
Таким образом, проблема применения взрвораспорных анкеров заключается в повышении устойчивости подземных горных выработок за счет увеличения толщины слоя горных пород, скрепляемых взрывораспорными анкерами длиною, превышающей размеры горных выработок в их поперечном сечении, при установке их вплотную к взрываемому забою.
Известен анкер, включающий стальной стержень с запорным элементом, установленным над его устьевом конце, и вяжущим материалом для замоноличивания стержня анкера в шпуре, дополнительно содержит второй запорный элемент, размещенный на забойном конце стержня, расстояние между запорными элементами меньше длины шпура, а вяжущий материал состоит из песчано-цементного раствора и невзрывчатого разрушающего вещества [Патент Российской Федерации на изобретение №2081332, кл. E21D 21/00, опубликовано 10.06.1997].
Общими признаками известного анкера с заявляемым изобретением являются: стальной стержень и сцепление анкера со стенками шпура по всей его длине.
Недостатками известного анкера являются:
- длительность процесса схватывания вяжущего материала для замоноличивания стержня превышает продолжительность цикла горных работ, что исключает возможность установки крепления вплотную к забою;
- невозможность установки в шпуры стального стержня, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении.
Известна анкерная крепь, включающая арматурный стержень, герметизатор устья шпура с опорным элементом и введенный в шпур быстротвердеющий состав [Патент Российской Федерации на изобретение №2082009, кл. E21D 21/00, опубликовано 20.06.1997].
Общими признаками известной анкерной крепи с заявляемым изобретением являются: наличие стального стержня, сцепление анкерной крепи со стенками шпура по всей его длине.
Недостатками известной анкерной крепи являются:
- невозможность установки в шпуры стального стержня, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении;
- опасность преждевременного схватывания быстротвердеющего состава до окончания установки анкерной крепи в результате непредвиденных отклонений от проектной технологии крепления;
- сложность и высокая трудоемкость работ по установке анкера.
Известен армополимерный анкер АП-3М, включающий анкерный стержень, закрепленный полимерными ампулами в нескольких слоях горных пород, на конце которого навинчена гайка [Патент Российской Федерации на изобретение №2365757, кл. E21D 21/00, опубликовано 27.06.2009].
Общим признаком известного армополимерного анкера АП-3М с заявляемым изобретением является наличие закрепленного в шпуре анкерного стержня.
Недостатком известного армополимерного анкера АП-3М является невозможность установки анкерного стержня в шпуры, глубина которых превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении.
Известен анкер, включающий металлический цилиндрический стержень с винтовой резьбой в головной части, закрепленной в шпуре в ненарушенном слое породы, и хвостовик с опорной плиткой и натяжной гайкой. Шпур выполнен двухступенчатым с диаметром нижней ступени, не менее чем в два раза большим диаметра анкера [Патент Российской Федерации на изобретение №2181841, кл. E21D 21/00, опубликовано 27.04.2002].
Общим признаком известного анкера с заявляемым изобретением является наличие металлического цилиндрического стержня.
Недостатками известного анкера являются:
- невозможность установки в шпур металлического стержня, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении;
- снижение несущей способности анкера при интенсивном сейсмическом воздействии на него взрыва на устьевую и донную части шпура. В результате происходит разрушение породы под опорной плиткой и смещение донной части металлического стержня. Это исключает установку анкера вплотную к взрываемому забою.
Известен армополимерный анкер, включающий металлический стержень периодического профиля с опорной плитой и натяжной гайкой в устье шпура и ампулой с полимерной смолой, устанавливаемой в донной части шпура [Широков А.П. и др. Анкерная крепь. Справочник. М.: Недра, 1990, 205 с., стр.54-55].
Общим признаком известного армополимерного анкера с заявляемым изобретением является наличие металлического стержня.
Недостатками известного армополимерного анкера являются:
- невозможность установки в шпур металлического стержня, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении;
- снижение несущей способности армополимерного анкера при интенсивном сейсмическом воздействии на него взрыва. В результате происходит разрушение устьевой части шпура под опорной плитой и уменьшение натяжения анкера. Это исключает установку армополимерного анкера вплотную к взрываемому забою.
Известна анкерная крепь для крепления горных выработок, включающая стальной стержень, выполненный отрезками, соединенными между собой резьбовыми муфтами. В донной части шпура анкер закреплен полимерной смолой в ампуле, а в устье шпура установлены опорная плита с натяжной гайкой [Патент Российской Федерации на изобретение №2172409, кл. E21D 21/00, опубликовано 20.08.2001].
Общими признаками известной анкерной крепи для горных выработок с заявляемым изобретением являются:
- стальной стержень, выполненный отрезками;
- возможность установки в шпуры анкеров длиною, превышающей размер горной выработки в ее поперечном сечении.
Недостатками известной анкерной крепи для горных выработок являются:
- наличие резьбовых соединительных муфт исключает перемещение взрывораспорного трубчатого анкера по шпуру, так как внешний диаметр отрезка трубы предлагаемого изобретения обеспечивает прохождение взрывораспорного анкера с усилием не менее 1,0-1,5 кг. Это связано с неровными стенками шпура, образованными при его бурении. Кроме того, муфты уменьшают внутренний диаметр отрезков трубы заявляемого анкера. Это исключает возможность: свободного перемещения детонирующего шнура с гибкой нитью внутри трубчатого анкера ввиду опасности преждевременного взрыва и плотного прижатия трубы к стенкам шпура при взрыве детонирующего шнура;
- наличие резьбовых соединительных муфт препятствует перемещению детонирующего шнура внутри взрывораспорного трубчатого анкера ввиду наличия «впадин» на участках соединения отрезков труб муфтами;
- снижение несущей способности анкерной крепи для горных выработок при интенсивном сейсмическом воздействии на него взрыва. В результате разрушается порода под опорной плиткой и уменьшается натяжение анкера. Это исключает установку анкерной крепи с резьбовыми муфтами вплотную к взрываемому забою.
Известна анкерная податливая крепь, включающая составной металлический стержень, состоящий из головной части и хвостовика, которые соединены между собой обоймой, при этом в донной части шпура металлический стержень закреплен, а в устье шпура натянут посредством опорной плиты и натяжной гайки [Авторское свидетельство на изобретение СССР, №926318, кл. E21D 21/00, опубликовано 07.05.1982, Бюллетень изобретений №17].
Общим признаком известной анкерной податливой крепи с заявляемым изобретением является составной металлический стержень.
Недостатками известной анкерной податливой крепи являются:
- наличие обоймы, соединяющей два отрезка металлических стержня, исключает перемещению взрывораспорного трубчатого анкера по шпуру, так как внешний диаметр отрезка трубы заявляемого анкера обеспечивает его прохождение по шпуру с усилием не менее 1,0-1,5 кг. Это связано с неровными стенками шпура, которые образуются при его бурении. Кроме того, уменьшение внутреннего диаметра трубы заявляемого анкера связано с опасностью преждевременного взрыва детонирующего шнура при его перемещении и исключает плотное прижатие трубы к стенкам шпура при взрыве детонирующего шнура;
- отсутствие возможности установки в шпуры анкера, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении;
- снижение несущей способности анкера при интенсивном сейсмическом воздействии на него взрыва. В результате разрушается порода под опорной плитой, снижая натяжение анкера. Это исключает установку анкера с обоймой вплотную к взрываемому забою.
Известна штанговая крепь для крепления горных выработок, включающая пустотелые стержни, соединенные муфтами. В донной части шпура установлен замок, а в устье шпура - опорная пластина с натяжной гайкой и трубка для подачи цементного раствора [Авторское свидетельство на изобретение СССР, №199030, кл. 5с, 9/10, МПК E21D, опубликовано 28.06.1967, Бюллетень изобретений №14].
Общим признаком известной штанговой крепи для крепления горных выработок с заявляемым изобретением являются:
- соединенные между собой отрезки пустотелых стержней;
- возможность установи в шпуры штанговой крепи, длина которой превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении в несколько раз.
Недостатками известной штанговой крепи для крепления горных выработок являются:
- наличие соединительных муфт исключает перемещение взрывораспорного трубчатого анкера по шпуру, так как внешний диаметр отрезка трубы предлагаемого изобретения обеспечивает прохождение взрывораспорного анкера с усилием не менее 1,0-1,5 кг. Это связано с неровными стенками шпура, образованными при его бурении. Кроме того, муфты уменьшают внутренний диаметр отрезков трубы заявляемого анкера. В результате исключается возможность: свободного перемещения детонирующего шнура с гибкой нитью внутри трубчатого анкера ввиду опасности преждевременного взрыва и плотного прижатия трубы к стенкам шпура при взрыве детонирующего шнура;
- наличие соединительных муфт препятствует перемещению детонирующего шнура внутри взрывораспорного трубчатого анкера ввиду наличия «впадин» на участках соединения отрезков труб муфтами;
- время затвердения цементного раствора превышает продолжительность горного цикла. Это исключает установку известной штанговой крепи с муфтами вплотную к взрываемому забою.
Известна штанговая крепь для крепления горных выработок, включающая пустотелые стержни, соединенные муфтами с отверстиями для подачи цементного раствора. В донной части шпура установлен замок, а в устье шпура - опорная пластина с шайбой и натяжной гайкой [Авторское свидетельство на изобретение СССР, №199029, кл. 5с, 9/10, МПК E21D, опубликовано 28.06.1967, Бюллетень изобретений №14].
Общими признаками известной штанговой крепи для крепления горных выработок с заявляемым изобретением является:
- соединенные между собой отрезки пустотелых стержней;
- возможность установки штанговой крепи в шпуры глубиной, превышающей размеры горной выработки в ее поперечном сечении в несколько раз.
Недостатками известной штанговой крепи для крепления горных выработок являются:
- наличие соединительных муфт исключает перемещение взрывораспорного трубчатого анкера по шпуру, так как внешний диаметр отрезка трубы предлагаемого изобретения обеспечивает прохождение взрывораспорного анкера с усилием не менее 1,0-1,5 кг. Это связано с неровными стенками шпура, образованными при его бурении. Кроме того, муфты уменьшают внутренний диаметр отрезков трубы заявляемого анкера. В результате исключается возможность: свободного перемещения детонирующего шнура с гибкой нитью внутри трубчатого анкера ввиду опасности преждевременного взрыва и плотного прижатия трубы к стенкам шпура при взрыве детонирующего шнура;
- наличие соединительных муфт препятствует перемещению детонирующего шнура внутри взрывораспорного трубчатого анкера ввиду наличия «впадин» на участках соединения отрезков труб муфтами;
- время затвердения цементного раствора превышает продолжительность горного цикла. Это исключает установку известной штанговой крепи с муфтами вплотную к взрываемому забою.
Известен тросовой анкер, включающий трос, замок для крепления его в донной части шпура, опорную плиту с шайбой и натяжной (установочной) гайкой, устанавливаемых в устье шпура, а также втулки и насадки, прикрепляемые по длине троса [Логинов А.К. Современные технологические и технические решения отработки угольных пластов. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006, 389 с., стр.56-63].
Общими признаками известного тросового анкера с заявляемым изобретением являются:
- наличие металлического стержня анкера;
- возможность установки в шпуры тросового анкера, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении.
Недостатками известного тросового анкера являются:
- снижение несущей способности тросового анкера при интенсивном сейсмическом воздействии на него взрыва. В результате разрушается порода под опорной плитой, снижая натяжение тросового анкера. Это исключает установку анкера вплотную к взрываемому забою.
За прототип принят взрывораспорный трубчатый анкер [Широков А.П. и др. Анкерная крепь. Справочник. М.: Недра, 1990, 206 с., стр.40, рис.3.2, г] как наиболее близкий по технической сущности и выполняемым им функциям к заявляемому изобретению. Известный взрывораспорный трубчатый анкер включает отрезок трубы, размещенный в устье шпура, с установленным внутри этой трубы на удерживающем стержне детонирующим шнуром и пробки для удержания водяного столба. Вода в шпуре необходима для нейтрализации пламени взрыва в шахтах, опасных по газу и пыли.
Общими признаками известного взрывораспорного трубчатого анкера с существенными признаками заявляемого изобретения являются:
- отрезок трубы, размещенный в устье шпура;
- установленный внутри этого отрезка трубы детонирующий шнур.
Недостатками известного взрывораспорного трубчатого анкера являются:
- отсутствие возможности установки в шпур взрывораспорного трубчатого анкера, длина которого превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении;
- отсутствие возможности размещения внутри трубчатого анкера, установленного в шпуре длиной, превышающей размер горной выработки в ее поперечном сечении в несколько раз, детонирующего шнура ввиду невозможности введения в трубчатый анкер значительного по длине удерживающего стержня;
- опасность установки детонирующего шнура в трубчатый анкер с применением удерживающего стержня ввиду наличия трения детонирующего шнура о внутренние стенки трубчатого анкера,
- трудность установки трубчатого анкера в шпур в результате значительного сопротивления на торце отрезка трубы при перемещении по шпуру с неровными стенками;
- уменьшение сцепления анкерной трубы значительной длины со стенками шпура за счет «местного вдавливания» трубы в стенки шпура в результате невозможности введения в шпур удерживающего стержня длиною, превышающей размер горной выработки в ее поперечном сечении.
Причинами недостатков известного взрывораспорного трубчатого анкера (прототипа) являются:
- отсутствие конструкций взрывораспорных трубчатых анкеров для горных выработок, размер которых в поперечном сечении меньше длины шпура для установки взрывораспорного трубчатого анкера;
- отсутствие технических решений по соединению отрезков трубы без увеличения ее внешнего и уменьшения ее внутреннего диаметров;
- невозможность установки детонирующего шнура во взрывораспорный трубчатый анкер, длина которой превышает размер горной выработки в ее поперечном сечении;
- отсутствие технических решений, повышающих безопасность перемещения детонирующего шнура внутри взрывораспорного трубчатого анкера;
- отсутствие технических решений, снижающих сопротивление перемещению на торце взрывораспорного трубчатого анкера при движении его вдоль неровных стенок шпура;
- отсутствие технического решения по увеличению сцепления взрывораспорного трубчатого анкера длиной, превышающей размер горной выработки в ее поперечном сечении, со стенками шпура.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по повышению устойчивости подземных горных выработок за счет увеличения толщины слоя горных пород, скрепляемых взрывораспорными анкерами, длиной, превышающей размер горной выработки в ее поперечном сечении, при установке их вплотную к взрываемому забою.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении устойчивости подземных горных выработок за счет увеличения толщины слоя горных пород, скрепляемых взрывораспорными анкерами, длиной, превышающей размер горной выработки в ее поперечном сечении, при установке их вплотную к взрываемому забою.
Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что взрывораспорный анкер, включающий отрезок трубы, размещенной в устье шпура, с установленным внутри трубы детонирующим шнуром, согласно изобретению, дополнительно содержит, по меньшей мере, один отрезка трубы, направляющий элемент, выполненный в виде отрезка трубы с дном овальной формы, и блок с гибкой нитью для подъема детонирующего шнура, закрепленной в дне овальной формы направляющего элемента, причем на участках соединения отрезков труб один отрезок трубы имеет внутренний конус, а другой - внешний конус, которые скреплены между собой посредством установки внешнего конуса во внутренний конус, при этом на торце отрезков трубы с внешним конусом равномерно по окружности трубы выполнены выступы, а в отрезке трубы внешнего конуса с обеих сторон выступов прорезаны щели параллельно оси трубы, кроме того, на участках отрезков трубы с внутренним конусом выполнены продольные пазы и отверстия, расположенные вдоль линии, разделяющей цилиндрическую и конусную части отрезков трубы, причем выступы внешнего конуса вставлены в отверстия внутреннего конуса отрезка трубы, на цилиндрических участках трубы выполнены П-образные щели с параллельным расположением «языков» П-образных щелей относительно оси трубы, при этом П-образные щели расположены на цилиндрическом участке трубы с возможностью отгиба «языков» под действием давления газов при взрыве детонирующего шнура в противоположных направлениях.
Дополнительный отрезок трубы и направляющий элемент, выполненный в виде отрезка трубы с дном овальной формы, предназначены на увеличение длины взрывораспорного анкера, превышающего размер горной выработки в ее поперечном сечении, и способствует достижению технического результата. Например, при наличии только двух составляющих взрывораспорного анкера длиной 10,0 м его невозможно установить в шпур длиной 10,0 м из выработки с размером в поперечном сечении 2,0 м. Это объясняется тем, что при длине отрезка трубы, размещенного в устье шпура, равного 5,0 м, и направляющего элемента с дном овальной формы длиной также 5,0 м, каждый из этих составляющих невозможно установить в шпур. При других размерах составляющих взрывораспорного анкера суммарной длиной 10,0 м они также не размещаются в горной выработке в пределах ее поперечного сечения для их установки в шпур. Поэтому только наличие трех составляющих позволяет увеличить длину взрывораспорного анкера, а именно: отрезок трубы, размещенный в устье шпура; дополнительный отрезок трубы и направляющий элемент с дном овальной формы. При этом длину взрывораспорного анкера увеличивают за счет изменения длины и увеличения количества дополнительных отрезков трубы. Так, в рассматриваемом примере длина взрывораспорного анкера складывается из следующих составляющих: длина отрезка трубы, размещенного в устье шпура, - 1,6 м; длина направляющего элемента - 0,3 м: при пяти дополнительных отрезках трубы длина каждого из них составит 1,62 м, а общая длина - 8,1 м.
Направляющий элемент, выполненный в виде отрезка трубы с дном овальной формы, облегчает перемещение взрывораспорного анкера по шпуру за счет уменьшения сил сцепления анкера с неровностями стенок шпура. Это способствует достижению технического результата.
Блок с гибкой нитью для подъема детонирующего шнура, закрепленный в дне овальной формы направляющего элемента, обеспечивает безопасную установку детонирующего шнура в трубе относительно небольшого диаметра и значительной по длине. Это способствует достижению технического результата.
Скрепление двух отрезков труб посредством установки внешнего конуса одного отрезка трубы во внутренний конус другого отрезки трубы происходит без увеличения внешнего и уменьшения внутреннего диаметров отрезков трубы. В результате уменьшается сопротивление перемещению трубчатого анкера значительной длины вдоль шпура с неровными стенами и повышается безопасность поднятия детонирующего шнура внутри трубы относительно небольшого диаметра и значительной длины. Это способствует достижению технического результата.
На торце отрезков трубы с внешним конусом равномерно по окружности трубы выполнены выступы, а в отрезке трубы внешнего конуса с обеих сторон выступов прорезаны щели параллельно оси трубы, кроме того, на участках трубы с внутренним конусом выполнены направляющие продольные пазы и отверстия, расположенные вдоль линии, разделяющей цилиндрическую и конусную части отрезка трубы, причем выступы внешнего конуса вставлены в отверстия внутреннего конуса отрезка трубы. Прорезанные с обеих сторон выступов параллельно оси трубы щели разделяют внешний конус на элементы с выступами и элементы без выступов. Элементы с выступами обеспечивают установку выступов в отверстия. Продольные пазы служат направляющими и облегчают установку выступов в отверстия. Расположение отверстий является оптимальным, так как при смещении их в сторону цилиндрической части отрезка трубы установка выступов невозможна, а при смещении отверстий в сторону торца внутреннего конуса образуется зазор между внешним и внутренним конусами и снижается прочность соединения. Поэтому установленные в отверстия выступы усиливают скрепление отрезков труб и способствуют достижению технического результата.
Прорезанные щели П-образной формы на цилиндрических участках отрезков труб с параллельным расположением «языков» П-образных щелей относительно оси трубы с возможностью отгиба «языков» под действием давления газов при взрыве детонирующего шнура в противоположных направлениях повышают сцепление анкера со стенками шпура в результате увеличения глубины внедрения элементов анкера в стенки шпура. Это способствует достижению технического результата.
Взрыв детонирующего шнура сопровождается высокой температурой и значительным по величине давлением на стенки взрывораспорного трубчатого анкера, прижатые к стенкам шпура. Эти показатели являются определяющими для контактной сварки металлов (Большая Советская Энциклопедия. Том 22, 1953, 628 с., стр.445). Температура плавления стали составляет 1300÷1400°С (Интернет-Индекс - Удельный вес и другие характеристики стали). Температура взрыва находится в пределах 1900÷4500°C, давление взрыва достигает 1000 МПа и более (Кутузов Б.Н. Методы ведения взрывных работ. Часть 1. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов. - М.: Издательство Горная книга, 2007, 407 с., стр.137). Приведенные данные свидетельствуют о превышении температуры взрыва над температурой плавления стали и высоком давлении взрыва. Это является причинами не только растягивания стали при ее размягчении, но и сплавления плотно прижимаемых друг к другу внешнего и внутреннего конусов. При этом возрастает разрывное усилие на участках соединений отрезков труб в результате контактной сварки, способствуя увеличению веса скрепляемых горных пород одним анкером и достижению технического результата.
Несмотря на кажущуюся простоту заявляемого устройства, в котором предусматривается введение однотипных элементов, при использовании их наблюдается синергетический эффект, заключающийся в упрочнении горного массива за счет врезания элементов взрывораспорного анкера в стенки шпура и контактной сварки трубчатых соединений при взрыве детонирующего шнура.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами (фиг.1-7).
На фиг.1-6 показано положение взрывораспорного анкера до взрыва детонирующего шнура, на фиг.7 - после взрыва.
На фиг.1 изображен продольный разрез взрывораспорного анкера по элементам внешнего конуса с выступом.
На фиг.2 представлен продольный разрез отрезка трубы, размещенной в устье шпура, по элементам внешнего конуса с выступом.
На фиг.3 - поперечный разрез по А-А фиг.2.
На фиг.4 - продольный разрез дополнительного отрезка трубы по элементам внешнего конуса с выступом.
На фиг.5 - продольный разрез дополнительного отрезка трубы по элементам внешнего конуса без выступа.
На фиг.6 - продольный разрез направляющего элемента и блока с гибкой нитью.
На фиг.7 - продольный разрез взрывораспорного анкера по элементам внешнего конуса с выступом после взрыва детонирующего шнура.
Взрывораспорный анкер до взрыва детонирующего шнура состоит из 2-х, расположенных вдоль одной оси и соединенных между собой отрезков трубы и направляющего элемента (фиг.1). Отрезки трубы и направляющий элемент выполнены с равными между собой внешним и внутренним диаметрами. Отрезок трубы 1 размещен в устье шпура, направляющий элемент 2 - в дне шпура, а дополнительный отрезок трубы 3 расположен между отрезком, размещенным в устье шпура, и направляющим элементом (фиг.1, 2, 4, 5, 6). На участках соединений отрезков труб одна труба имеет внешний конус 4, а другая - внутренний конус 5 (фиг.1, 2, 4, 5, 6). Длина участка трубы с внутренним конусом равна длине участка трубы с внешним конусом. Отрезки труб скреплены между собой посредством установки внешнего конуса 4 во внутренний конус 5 (фиг.1). Участки отрезков труб с внешним конусом 4 выполнены с продольными щелями 6, разделяющими внешний конус 4 на элементы с выступами 7 и элементы без выступов 8 (фиг.1÷5). Участки отрезков труб с внешним конусом выполнены с отверстиями 9 для установки в них выступов 10 элементов внешнего конуса и с продольными пазами 11 для перемещения выступов 10 в направлении отверстий 9 внутреннего конуса, которые расположены вдоль линии 12, разделяющей внутренние поверхности внутреннего конуса 5 и отрезка трубы (фиг.1, 3, 4, 5, 6).
Направляющий элемент 2, расположенный в дне шпура, выполнен в виде отрезка трубы с дном овальной формы 13, к которому прикреплен блок 14 с гибкой нитью 15, зажимом 16 для крепления детонирующего шнура 17.
Гибкая нить 15 пропущена внутри отрезков труб (фиг.1, 6).
Цилиндрические участки труб прорезаны щелями П-образной формы 18, 19 с возможностью отгиба «языков» 20, 21 вырезанных участков вдоль оси шпура в сторону дна шпура 18 и устья шпура 19 под действием давления газов при взрыве детонирующего шнура.
Взрывораспорный анкер работает следующим образом.
Определяют: толщину скрепляемых взрывораспорными анкерами горных пород, длину анкера и длину и количество соединяемых отрезков труб. Выбирают: диаметр шпура, внешний и внутренний диаметры трубы, а также толщину ее стенки, марку стали отрезков труб. Устанавливают блок 14 с гибкой нитью 15 в направляющий элемент овальной формы 13, размещаемой в дне шпура. Два конца гибкой нити 15 пропускают через дополнительный отрезок трубы 3. Дополнительный отрезок трубы 3 соединяют с направляющим элементом 2. При этом внешний конус 4 дополнительного отрезка трубы 3 устанавливают во внутренний конус 5 направляющего элемента 2.
В процессе перемещения элементов внешнего конуса с выступами 7 по пазам 11 выступы 10 отклоняются от исходного положения по радиусу к оси дополнительного отрезка трубы 3. При установке выступов 10 элементов внешнего конуса с выступом 7 в отверстия 9 внутреннего конуса 5 направляющего элемента 2 выступы 10 элементов внешнего конуса с выступами 7 возвращаются за счет упругости металла трубы в исходное положение. Элементы внешнего конуса без выступов 8 устанавливаются при соединении внешнего и внутреннего конусов вплотную к внутреннему конусу 5.
Соединенные между собой направляющий элемент 2 с дополнительным отрезком трубы 3 с пропущенными через них двумя гибкими нитями 15 устанавливают в шпур. При установке оставляют участок дополнительного отрезка трубы 3, длиной 100÷200 мм, не вводя его в шпур. Это необходимо для соединения дополнительного отрезка трубы 3 с отрезком трубы 1, размещаемой в устье шпура.
Пропускают два конца гибкой нити 15 по отрезку трубы 1, размещаемой в устье шпура, который затем соединяют с дополнительным отрезком трубы 3 посредством установки внешнего конуса 4 отрезка трубы 1, размещаемой в устье шпура, во внутренний конус 5 дополнительного отрезка трубы 3.
Соединенные между собой три отрезка трубы: направляющий элемент 2, размещаемый в дне шпура, дополнительный отрезок трубы 3 и отрезок трубы 1, размещаемый в устье шпура, с пропущенными через них двумя гибкими нитями 15 перемещают по шпуру до его дна. К одному из концов гибкой нити 15 с помощью зажима 16 прикрепляют конец детонирующего шнура 17 и посредством гибкой нити 15, огибающей блок 14, поднимают детонирующий шнур 17 к дну шпура. Закрепляют пропущенную через отрезок трубы 1, размещенный в устье шпура, гибкую нить 15. В результате детонирующий шнур 17 подвешивается внутри соединенных между собой трех отрезков труб, то есть по всей длине взрывораспорного анкера.
Взрывную сеть монтируют из всех отрезков детонирующего шнура, установленных во взрывораспорных анкерах, расположенных во взрываемом забое. Взрывную сеть из детонирующего шнура соединяют со взрывной сетью взрываемого забоя. Отрезки детонирующего шнура всех взрывораспорных анкеров взрывают первыми - одновременно, с опережением забойных шпуров на несколько секунд. При таком опережении взрывания детонирующего шнура по отношению к взрыванию шпуровых зарядов трубчатый анкер раздувается, скрепляясь со стенками шпура и врезаясь в них (фиг.7). Врезание в стенки шпура происходит за счет «языков« 20 вырезанных участков трубы вдоль оси шпура в направлении дна шпура и «языков» 21 вырезанных участков отрезков трубы вдоль оси шпура в направлении устья шпура. Это повышает несущую нагрузку взрывораспорного анкера и способствует достижению технического результата.
Пример.
Исходные данные.
Высота подземной горной выработки, проходимой горизонтально с применением буровзрывных работ, - 2,0 м. Мощность скрепляемого слоя пород - 6080 мм.
Принимаем.
Диаметр шпура 40-42 мм, внешний диаметр отрезков трубы 32 мм, внутренний диаметр отрезка трубы 25 мм, толщина стенки отрезка трубы 3,5 мм. Отрезки труб изготавливают из ст. 10, обеспечивающей раздувание, плотное прижатие стенок трубы к стенкам шпура и упругость при отклонении выступов элемента внешнего конуса до 3 мм. Длина: конуса - 30 мм; направляющего элемента с дном овальной формы - 60 мм; отрезка трубы, размещаемой в устье шпура, - 1630 мм, включая расстояние вне устья шпура - 100 мм; дополнительного отрезка трубы - 1530 мм. Количество дополнительных отрезков труб - 3 шт. Длина взрывораспорного анкера - 6280 мм (1630+3*1530+60). Диаметр блока 10 мм. В качестве гибкой нити принят шпагат, детонирующий шнур марки ДША, вес инициирующего взрывчатого вещества - 12,0 г в одном метре детонирующего шнура.
Опыты показали, что после взрыва детонирующего шнура в местах соединения отрезков труб образовались участки контактной сварки, а усилие выдергивания взрывораспорного анкера из шпура увеличилось по сравнению с взрывораспорным трубчатым анкером, располагаемым только в устье шпура (по прототипу), на 30-50%.