Анкерная крепь для горных выработок

 

Изобретение относится к горному делу и может использоваться при креплении выработок. Задачей изобретения является обеспечение высоких силовых показателей, особенно в скважинах малого диаметра, и равнопрочность анкера по его длине. Анкерная крепь включает стальной стержень, выполненный из отрезков, соединенных между собой резьбовыми муфтами. Резьба муфт и стыковочных участков отрезков стержня выполнена метрической с неполным профилем. Отношение высоты резьбы неполного профиля к полной высоте резьбы составляет 0,414 - 0,416 для муфты и 0,586 - 0,584 для стержня. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, а конкретно к конструкциям анкерной крепи.

Известна анкерная крепь с химическим закреплением в шпурах металлических стержней /1/. К недостатку крепи можно отнести то, что она не обеспечивает крепление горного массива на большую глубину.

Известен также анкер для крепления горных выработок, включающий замок, располагаемый на глубинном конце анкера, составной пустотелый стержень с соединительными муфтами, уплотняющее кольцо, устанавливаемое на стержне в пространстве между стенками скважины, опорную пластину, гайку с шайбой /2, 3/. Соединительные муфты выполнены с отверстиями, через которые возможна подача скрепляющего (цементного) раствора из пустотелых стержней в шпуровое пространство.

Недостатком данной конструкции крепи, принятой нами за прототип, является сложность обеспечения высоких силовых параметров, особенно в скважинах малого диаметра, а также не обеспечивается равнопрочность анкера по его длине, особенно на стыках отрезков стержня.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков прототипа путем разработки анкера для глубоких скважин с малым диаметром с высокими физико-механическими характеристиками при обеспечении равнопрочности анкера по его длине.

Поставленная цель достигается тем, что у анкерной крепи для горных выработок, включающей стальные стержни, выполненные из отрезков, соединенных между собой резьбовыми муфтами, элементы скрепления стержней со стенками шпура (скважины) и фиксации с элементами крепи горной выработки, каждая соединительная муфта выполнена из стали с более высокими прочностными свойствами по сравнению с материалом отрезков стержня, а резьба муфт и стыковочных частей отрезков стержня выполнена метрической с неполным профилем; при этом показатель твердости по Роквеллу (НRС) после термообработки муфт составляет 42 - 46. Суммарная длина резьбы стыковочных участков стержневых отрезков строго равна длине резьбы муфты, при этом длина резьбы каждого стыковочного участка равна строго половине резьбы муфты. Предметом новизны заявляемого анкера является отношение высоты неполного профиля резьбы к полной высоте резьбы, которое составляет 0,414-0,416 для муфты и 0,586-0,584 для стержня.

Положительно отражается на характеристике анкера также и то, что внешние торцовые кромки муфты выполнены с пологими фасками (1:5), что обеспечивает более свободный проход стержня анкера в скважине (шпуре) с минимальными зазорами между стенками скважины и стержнем, а также обеспечивается развитие достаточно большого усилия затяжки между муфтой и контактными выступами отрезков стержня.

Проведенные патентные исследования показали, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений об анкерах большой длины, которые характеризовались бы такой же совокупностью существенных признаков, что и заявляемый анкер, то есть он соответствует критерию изобретения по новизне.

Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции анкера с известными анкерными крепями показал, что предлагаемая анкерная крепь обладает значительными преимуществами по сравнению с ранее известными конструкциями: обладает высокой несущей способностью (до 240 кН), обеспечивается равнопрочность анкера по его длине на глубину до 5 м при малых размерах диаметра шпура (до 30 мм), которые достигнуты благодаря его отличительным признакам, неизвестным из уровня техники. На основании этого считаем, что предлагаемая конструкция анкерной крепи обладает более высокими техническими характеристиками, которые явным образом не вытекают из известных технических решений в данной области техники и, следовательно, отвечает критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображены отрезки (составные части) анкера; на фиг. 3 - фрагмент резьбового соединения отрезков анкера муфтой.

Анкерная крепь для горных выработок состоит из стального стержня, выполненного из отрезков 1 и 2, соединенных между собой резьбовой муфтой 3. Передний (верхний) конец отрезка 1 имеет скос 4, а задний (нижний) конец отрезка 2 снабжен резьбой 5 с элементами фиксации (гайка, планка и т.д.) с элементами крепи горной выработки. Стержень анкера закрепляется в шпуре (скважине) посредством синтетических вяжущих веществ, вводимых в шпур в виде ампул при установке анкера.

Соединительная муфта 3 выполнена из стали с более высокими прочностными характеристиками по сравнению с материалом отрезков 1 и 2 стержня анкера, а резьба муфты 3 и стыковочных участков 6 и 7 отрезков 1 и 2 стержня анкера выполнена метрической с неполным профилем. При этом отношение высоты резьбы неполного профиля к полной высоте резьбы 0,414-0,416 для муфты и 0,586-0,584 - для стержня или согласно чертежу (фиг. 3) H_м = (0,414-0,416)H, а H_с = (0,586-0,584)H.

Экспериментально установлено, что оптимальный показатель твердости после термообработки муфт составляет 42-46 HRC по Роквеллу.

Состояние резьбового соединения муфты с отрезками стержней имеет существенное значение для силовых параметров анкерной крепи. В этой связи установлено, что суммарная длина резьбы стыковочных участков стержневых отрезков 6 и 7 должна быть равной длине резьбы муфты, причем длина резьбы каждого стыковочного участка должна быть равна строго половине длины резьбы муфты.

Для обеспечения более свободного прохода стержня анкера в скважине с минимальными зазорами между стенками и обеспечения развития достаточно большого усилия затяжки между муфтами и контактными резьбовыми частями отрезков стержня внешние торцовые кромки 8 муфт выполнены с пологими фасками 9 (1: 3-1:5).

Установка анкерной крепи в горных выработках осуществляется следующим образом. В пробуренный в горном массиве шпур (скважину) вводится 1-2 ампулы с химическим скрепляющим составом, подаваемые и поддерживаемые в скважине стержневым отрезком 1, который контактирует с ампулами скосом 4. Перед введением отрезка 1 в скважину на него, на стыковочную часть 6, накручивается до отказа муфта 3. После введения в скважину отрезка 1 в муфту 3 закручивается стержневой отрезок 2 своим стыковочным участком 7. При закручивании торцовая часть отрезка 1 стержня входит в силовой контакт с аналогичной частью отрезка 2. Зазоры в резьбовом соединении выбираются, а соединительный участок стержневых отрезков на всей длине муфты 3 становится предварительно напряженным, в сечении по плоскости контакта торцов стержневых отрезков 1 и 2 и муфты происходят сложные силовые взаимодействия. Далее составной стержень анкера соединяют со сверлом или каким-либо другим адаптером (вращателем), подают в шпур до его конца, который, вращаясь, своим скошенным концом 4 разрушает оболочки ампул, химический состав перемешивается и быстро начинает затвердевать, закрепляя стержень анкера в шпуре. Прекращение вращения стержня происходит автоматически, по мере набора прочности твердеющим составом происходит срез калибровочной шпонки.

Источники информации 1. А.с. СССР N 353046, МКИ E 21 D 21/00, 1972 г.

2. Патент СССР N 199029, МКИ E 21 D 21/00, 1967 г. (прототип).

3. Патент СССР N 199030, МКИ E 21 D 21/00, 1967 г.

Формула изобретения

1. Анкерная крепь для горных выработок, включающая стальной стержень, выполненный из отрезков, соединенных между собой резьбовыми муфтами, отличающаяся тем, что резьба муфт и стыковочных участков отрезков стержня выполнена метрической с неполным профилем, причем отношение высоты резьбы неполного профиля к полной высоте резьбы составляет 0,414 - 0,416 для муфты и 0,586 - 0,584 для стержня.

2. Анкерная крепь по п.1, отличающаяся тем, что суммарная длина резьбы стыковочных участков стержневых отрезков равна длине резьбы муфты, причем длина резьбы каждого стыковочного участка строго половине резьбы муфты.

3. Анкерная крепь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что внешние торцевые кромки муфт выполнены с пологими фасками, что обеспечивает более свободный проход стержня анкера в скважине с минимальными зазорами между стенками скважины и стержнем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3