Способ возведения предварительно напряженной анкерной крепи и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок. Цель - повышение производительности труда. Для этого натяжение стержня 11 анкера в зоне заделки 16 производят до начала схватывания твердеющего состава 15. Затем вращением крышки 7 сжимают твердеющий состав 15 в осевом направлении, причем объем связующего компонента твердеющего состава 15 равен объему норового пространства сыпучего компонента. Несущая способность неотвержденного твердеющего состава .15 при натяжении анкера достигается за счет дилатансионных свойств сыпучего компонента , перовое пространство которого заполнено связующим компонентом. Крышка 7 устройства для монтажа крепи частично расположена во внутренней полости цилиндрической гильзы 1 и имеет сквозное осевое отверстие 8 с резьбой 9. Часть крышки 7, расположенная в гильзе 7, выполнена с конусной фаской 6, соответствующей фаске 5 гильзы 1. Крышка 7 имеет эксцентрическую цилиндрическую поверхность 12, образующая которой касательна к образующей 13 наружной поверхности крышки 7. Эксцентрическая поверхность 12 может быть выполнена также в виде двух и более смещенных в противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков. Проворачивание крышки 7 относительно стенок шпура приводит к самозаклиниванию ее по эксцентрической цилиндрической поверхности 12 посредством состава 15. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. сл с XJ ю оо 4 О сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 D 20/00

>700(9 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ЭЭВЭЭВФФФ

Мi eW Я@

КМйЖИЗМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4771114/03 (22) 14.12.89 (46) 23.04.92. Бюл. N. 15 (71) Институт горного дела СО АН СССР (72) С.Б.Стажевский, В.А.Усков и А.А.Крамаджян (53) 622.285.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1146119, кл. Е 21 О 20/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 823591, кл. Е 21 D 20/00, 1979.

Патент Японии ¹ 60-43520, кл. Е 21 D 20/02, опублик. 1986. (54) СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ АНКЕРНОЙ

КРЕПИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок. Цель — повышение производительности труда. Для этого натяжение стержня 11 анкера в зоне заделки 16 производят до начала схватывания твердеющего состава 15. Затем вращением крышки 7 сжимают твердеющий состав 15 в осевом направлении, причем объем связуюИзобретение относится к горной про; мышленности и может быть использовано при креплении горных выработок.

Известен способ установки анкера, включающий введение в шпур цилиндрической гильзы со связующим и сыпучим компонентами твердеющего состава, грузонесущим стержнем и упругим кольцом, а затем извлечение гильзы при неподвижном стержне !1,... Ж 1728495 А1 щего компонента твердеющего состава 15 равен объему порового пространства сыпучего компонента. Несущая способность неотвержденного твердеющего состава .15 при натяжении анкера достигается за счет дилатансионных свойств сыпучего компонента, поровое пространство которого заполнено связующим компонентом. Крышка

7 устройства для монтажа крепи частично расположена во внутренней полости цилиндрической гильзы 1 и имеет сквозное осевое отверстие 8 с резьбой 9. Часть крышки 7, расположенная в гильзе 7, выполнена с конусной фаской 6, соответствующей фаске 5 гильзы 1. Крышка 7 имеет эксцентрическую цилиндрическую поверхность 12, образующая которой касательна к образующей 13 наружной поверхности крышки 7. Эксцентрическая поверхность 12 может быть выполнена также в виде двух и более смещенных в противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков. Проворачивание крышки 7 относительно стенок шпура приводит к самозаклиниванию.ее по эксцентрической цилиндрической поверхности

12 посредством состава 15. 2 з,п. ф-лы, 7 ил.

Однако известный способ неприменим для возведения предварительно напряженной анкерной крепи. Кроме того, известное устройство не обеспечивает технологических возможностей для натяжения арматуры до начала схватывания твердеющего состава.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения анкерной крепи с напряженной арматурой, включающий введение в шпур связующего и сыпучего компо1728495

50

55 нентов, грузонесущего стержня и натяжение его после отверждения быстросхватывающегося состава в донной части шпура и до начала схватывания состава в остальной части шпура(2).

Недостатком известного способа является необходимость дожидаться твердения и набора прочности быстротвердеющего состава, а затем уже производить натяжение арматуры, В описанном примере для состава на основе; эпоксидной смолы это время простоя составляет 1,0-1,5 ч, что ведет к снижению производительности труда. Кроме того, быстротвердеющие составы относительно дороги и их введение в шпур требует применения специального оборудования и (или) разрушаемых хрупких ампул с компонентами состава.

Целью изобретения является повышение несущей способности анкера.

Для этого в способе возведения предварительно напряженной анкерной крепи, включающем введение в шпур твердеющего состава из связующего и сыпучего компонентов, грузонесущего стержня и натяжение его в зоне заделки анкера, натяжение стержня в зоне заделки производят до начала схватывания твердеющего состава, а затем производят сжатие твердеющего состава в осевом направлении при помощи специального монтажного устройства, содержащего цилиндрическую гильзу с упругим кольцом на внутренней поверхности и снабженного, согласно изобретения, торцовой крышкой, имеющей сквозное осевое отверстие с резьбой и частично расположенной во внутренней полости цилиндрической гильзы, причем часть крышки, размещенной вгильзе,,выполнена с конусной фаской и имеет по крайней мере одну эксцентрическую цилиндрическую поверхность, образующая которой касательна к образующей наружной поверхности крышки, при этом внутренняя поверхность одного из конца цилиндрической гильзы выполнена с конусностью, соответствующей конусности крышки. При этом объем связующего компонента твердеющего состава принимают равным объему порового пространства сыпучего компонента. Другим отличием применяемого устройства является то, что эксцентрическая цилиндрическая поверхность торцовой крышки выполнена в виде двух и более смещенных в противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков.

На фиг.1 представлено введенное в шпур устройство, исходное положение; на фиг.2 — устройство в шпуре после вывода из него цилиндрической гильзы; на фиг.3 — мо15

45 мент завершения сжатия твердеющего состава в осевом направлении; на фиг.4 — момент натяжения грузонесущего стержня; на фиг.5 и 6 — примеры исполнения эксцентрической цилиндрической поверхности торцовой крышки монтажного устройства; на фиг.7 — схема взаимодействия предварительно напряженной анкерной крепи с массивом горных пород.

Устройство состоит из цилиндрической гильзы 1 с упругим кольцом 2 на внутренней ее поверхности 3, на торце 4 которой выполнены конусная фаска 5, сообщающаяся с фаской 6 цилиндрической торцовой крышки

7, имеющей сквозное осевое отверстие 8 с резьбой 9, соответствующей резьбе замковой части 10 грузонесущего стержня 11, а также имеет со стороны фаски 6 по крайней мере одну эксцентрическую цилиндрическую поверхность 12, образующая которой касательна к внешней цилиндрической поверхности 13 крышки 7. Грузонесущий стержень 11 оснащен шайбой 14 на замковой его части 10 и может иметь на выступающем из шпура конце дополнительно резьбу, гайку, подхват и другие необходимые элементы (на чертеже не показаны). В устройстве между крышкой 7 и кольцом 2 помещен твердеющий состав 15, объем связующего компонента в котором примерно равен объему порового пространства сыпучего компонента, Возведение предварительно напряженной анкерной крепи производят следующим образом.

Вводят в шпур посредством монтажного устройства (фиг.1) грузонесущий стержень 11, твердеющий состав 15 из связующего и сыпучего компонентов и жестко фиксируют стержень 11 за выступающий из шпура конец (не показан). Затем гильзу 11 выводят из шпура, снимая силы трения по поверхности 3 возвратно-вращательными ее движениями. При этом крышка

7 остается в шпуре, упругое кольцо 2, освобождаясь, перекрывает кольцевое пространство между грузонесущим стержнем

11 и стенками шпура, а твердеющий состав

15 перераспределяется в шпуре, заполняя освободившееся пространство (фиг.2). Грузонесущий стержень 11 вращают таким образом, чтобы крышка 7 навинчивалась по резьбе 7, При этом проворачивание крышки

7 относительно стенок шпура приводит к самозаклиниванию ее по эксцентричной цилиндрической поверхности 12 (фиг.5 и 6) посредством состава 15 на стенках шпура. Чем больше осевое сжатие состава 15, тем более надежно отопорится крышка 7 в шпуре.

Дальнейшим осевым сжатием состава 15

1728495 достигается появление достаточной для предварительного натяжения грузонесущего стержня 11 несущей способности анкера.

Применение твердеющего состава 15, в котором объем связующего компонента равен объему порового пространства сыпучего компонента, позволяет добиться при осевом сжатии состава 15 его структурной прочности, т.е. несущей способности за счет внешнего трения и дилатансионных свойств сыпучего компонента. При избытке связующего компонента невозможно достигнуть плотного контакта зерен сыпучего компонента и, следовательно, не проявятся дилатансионные свойства в материале, а при недостатке связующего компонента— часть объема сыпучего компонента может остаться несвязанной, т.е. не будет являться твердеющим составом как таковым.

При полной (фиг.3) затяжке крышки 7 и сжатии состава 15 на замковой части 10 анкера в зоне заделки 16 осуществляется полная несущая способность анкера. Из практических соображений длину заделки анкера (1з) следует принимать не более 1015 диаметров грузонесущего стержня 11, т.к. при большей длине заделки она используется неэффективно (см. Газиев Э.Г. "Устойчивость скальных массивов и методы их закрепления. — М.: Стройиздат, 1977,с. 124125). Антикоррозионная защита свободной длины анкера (!о) может осуществляться пластиковой оболочкой или подачей в свободную зону 17 анкера на его свободной длине (1о) твердеющего состава 18 (фиг. 4). Производят натяжение грузонесущего стержня 1 приложением осевой нагрузки Fp гидравлическим устройством или посредством гайки и подхвата на выступающем конце анкера (не показаны).

Натяжением арматуры до начала схватывания связующего компонента твердеющего состава достигают повышения производительности труда при возведении предварительно напряженной анкерной крепи, т.к. в известных аналогах это невозможно и простой в технологическом цикле неизбежен. После набора прочности твердеющим составом 18 осевая растягивающая нагрузка Fp может быть снята, а сцепление анкера с массивом будет обеспечено за счет твердеющего состава 18.

Взаимодействие предварительно напряженного анкера с массивом представлено на схеме (фиг.7). Деформация предварительного натяжения анкера Оо под действием силы Ро определится по формуле до = (1) где Fp — сила предварительного натяжения, Н;

lp — свободная длина анкера, м;

Ap — площадь попеоечного сечения гру5 зонесущего стержня, м;

Ео — модуль упругости стали анкерного стержня, МПа.

Из условия совместности деформаций

äp перераспределяется в деформацию мас10 сива д и остаточную деформацию растяжения анкера 4 (см. фиг.7). Предварительное натяжение анкера дает то преимущество, что крепь вступает под нагрузку сразу после возведения и в массиве не развиваются начальные смещения в направлении выработанного пространства, не происходит расслоение пород во время набора прочности твердеющим составом.

При использовании предлагаемого спо20 соба возведения анкерной крепи достигается следующий положительный эффект: крепь вступает под нагрузку сразу после установки анкера; . достигается высокая несущая способ25 ность анкера еще до отверждения состава в зоне заделки; применение относительно дешевых материалов и средств позволяет уменьшить стоимость крепи; технология позволяет достаточно просто решить вопрос механизации и автоматизации возведения предварительно напряженной анкерной крепи путем создания спецоборудования;

З5 возможно достижение эффекта упрочнения трещиноватого массива горных пород за счет проникновения связующего компонента в поры и трещины массива; достигается повышение производи40 тельности труда по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

1. Способ возведения предварительно напряженной анкерной крепи, включающий

45 введение в шпур твердеющего состава из связующего и сыпучего компонентов, грузонесущего стержня и натяжение его в зоне заделки анкера, отличающийся тем, что, с целью повышения производительно50 сти труда, натяжение стержня в зоне заделки производят до. начала схватывания твердеющего состава, а затем производят сжатие твердеющего состава в осевом направлении, при этом объем связующего компонента твердеющего состава принимают равным объему парового пространства сыпучего компонента.

2. Устройство для возведения предварительно напряженной анкерной крепи, вклю1728495

17

Фиг. Я

Фиа 1

7 б

10 чающее цилиндрическую гильзу с упругим кольцом на внутренней поверхности, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжено торцовой крышкой, имеющей сквозное осевое отверстие с резьбой и частично расположенной во внутренней полости цилиндрической гильзы, причем часть крышки, размещенной в гильзе, выполнена с конусной фаской и имеет по крайней мере одну эксцентрическую цилиндрическую поаеркность, образующая которой касательна к образующей наружной поверхности крышки, при этом внутренняя поверхность. одного конца цилиндрической гильзы выполнена с конусностью, соответствующей

5 конусности крышки.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что эксцентрическая цилиндрическая поверхность торцовой крышки выполнена в виде двух и более смещенных в

10 противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков.

7б

Il

1О

l1

17

35 вг.б

Составитель С.Стажевский

Редактор М.Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 1391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101