Анкерный замок для закрепления троса в скважине

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для закрепления троса в скважине, например, при установке тросового анкера или растяжки для крепления горных выработок и подземных сооружений. Анкерный замок включает штангу с кольцевым упором, резьбовым концом и навинченной на нем гайкой, соединенной предохранительным фиксатором в виде упругого храповика с эксцентрической зажимной шайбой, установленную между последней и эксцентрической опорной шайбой взаимодействующую с ними эксцентрическую втулку из гранулированного материала и пластичного заполнителя. Эксцентрические втулка, опорная шайба и зажимная шайба имеют, по крайней мере, одно сквозное продольное отверстие, в котором помещен закрепляемый трос. Штанга имеет на другом конце криволинейные симметричные относительно ее оси вращения поверхности для передачи крутящего момента. Достигается повышение надежности закрепления троса в скважине и создание благоприятных условий для возведения тросового анкера в скважине за счет размещения троса внутри элементов конструкции и обеспечения минимального кольцевого зазора между эксцентрическими втулкой, опорной шайбой, зажимной шайбой и стенками скважины. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу, а именно к устройствам для закрепления троса в скважине, например, при установке тросового анкера или растяжки для крепления горных выработок и подземных сооружений.

Известна головка тросового анкера (патент США №6056482, E 21 D 21/00, НПК 405/259.4, заявка №08/585319 от 11.01.96, опубл. 02.05.2000), включающая узел «втулка-клин», закрепленный на многожильном тросе. В известном устройстве трос закреплен недостаточно жестко из-за относительно малой площади контакта внешней цилиндрической поверхности втулки с поверхностью скважины и имеет возможность смещения относительно внутренней поверхности втулки и клина, что существенно снижает несущую способность анкера и уменьшает надежность его закрепления в шпуре.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является анкер (а.с. СССР №1699210, Е 21 D 21/00 по заявке №4653889/03 от 23.02.89, закрытой для публикации в БИ №46, 1991 и опубл. 20.05.96 в БИ №14, 1996), включающий грузонесущую штангу с навинченной на замковом конце гайкой, эксцентрическую опорную шайбу, установленную на штанге цилиндрическую втулку из гранулированного материала и пластичного заполнителя с эксцентрически расположенным продольным отверстием и эксцентрическую зажимную шайбу, соединенную с гайкой посредством предохранительного фиксатора, который в одном из вариантов устройства выполнен в виде упругого храповика.

Недостатком известного анкера, при его использовании в качестве анкерного замка для закрепления троса, является ненадежность закрепления троса в скважине из-за необходимости оставления кольцевого зазора (равного диаметру троса) между цилиндрической втулкой, эксцентрической опорной шайбой, эксцентрической зажимной шайбой и стенками скважины.

Техническая задача: повышение надежности закрепления троса в скважине и создание благоприятных условий для возведения тросового анкера в скважине при креплении горных выработок и подземных сооружений за счет размещения троса внутри элементов конструкции и обеспечения минимального кольцевого зазора между эксцентрической втулкой, эксцентрической опорной шайбой, эксцентрической зажимной шайбой и стенками скважины.

Поставленная задача решается тем, что в анкере, включающем штангу с кольцевым упором, резьбовым концом и навинченной на нем гайкой, соединенной предохранительным фиксатором в виде упругого храповика с эксцентрической зажимной шайбой, и установленную между последней и эксцентрической опорной шайбой взаимодействующую с ними эксцентрическую втулку из гранулированного материала и пластичного заполнителя, согласно техническому решению эксцентрическая втулка, эксцентрическая опорная шайба и эксцентрическая зажимная шайба имеют, по крайней мере, одно сквозное продольное отверстие, в котором помещен закрепляемый трос, а штанга имеет на другом конце симметричные относительно ее оси вращения поверхности для передачи крутящего момента.

В связи с тем, что трос помещен, по крайней мере, в одно сквозное продольное отверстие эксцентрической втулки, эксцентрической опорной шайбы и эксцентрической зажимной шайбы, обеспечивается минимальная величина кольцевого зазора между ними и стенками скважины. Так как штанга имеет на другом конце симметричные относительно ее оси вращения поверхности для передачи крутящего момента, то становится возможной передача крутящего момента, необходимого для затяжки анкерного замка. В результате обеспечения минимального кольцевого зазора и необходимого крутящего момента при затяжке анкерного замка полностью реализуется боковой распор материала эксцентрической втулки, и трос надежно закрепляется к стенкам скважины. Внедрение гранулированного материала и пластичного заполнителя эксцентрической втулки между отдельными прядями троса исключает возможность смещения последнего относительно элементов анкерного замка под действием нагрузки и тем самым повышается надежность закрепления троса в скважине.

Целесообразно поверхности штанги для передачи крутящего момента выполнять в виде поверхностей многогранника, например четырехгранника.

Этим достигается простая надежная передача момента вращения штанге при затяжке анкерного замка и тем самым дополнительно повышается надежность закрепления троса в скважине. За счет простоты и надежности соединения поверхностей многогранника с механизмами вращения создаются благоприятные условия для возведения тросового анкера в скважине при креплении горных выработок и подземных сооружений.

Целесообразно также поверхности штанги для передачи крутящего момента выполнять криволинейными, например в виде поверхностей, поперечное сечение которых представляет собой гипоциклоиду.

Этим достигается надежная передача момента вращения штанге, особенно при больших усилиях затяжки анкерного замка через посредство промежуточной трубчатой штанги, за счет снижения удельного давления на криволинейных поверхностях, и тем самым дополнительно повышается надежность закрепления троса в скважине. За счет простоты и надежности соединения криволинейных поверхностей, например поверхностей, поперечное сечение которых представляет собой гипоциклоиду, с механизмами вращения создаются благоприятные условия для возведения тросового анкера в скважине при креплении горных выработок и подземных сооружений.

Целесообразно, чтобы сквозные продольные отверстия были выполнены в виде диаметрально противоположных друг другу полукруглых пазов в боковых цилиндрических поверхностях эксцентрической опорной шайбы, эксцентрической втулки и эксцентрической зажимной шайбы.

При этом создается возможность закрепления не только концов троса, но и петли в его средней части. Достигается возможность закрепления одного или нескольких тросов в скважинах для создания сложных поддерживающих конструкций. Дополнительно повышается надежность закрепления троса в скважине и создаются благоприятные условия для возведения тросовых анкеров при креплении горных выработок и подземных сооружений. Дополнительно повышается несущая способность тросовых анкеров.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан общий вид анкерного замка для закрепления троса в скважине при транспортировке (продольный разрез); на фиг.2 - анкерный замок в исходном положении при закреплении троса в скважине; на фиг.3 - пример реализации устройства для закрепления средней части троса при возведении тросового анкера (продольный разрез по оси симметрии); на фиг.4 - сечение А-А на фиг.3; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.3.

Анкерный замок для закрепления троса в скважине (далее - анкерный замок) содержит (фиг.1) штангу 1, на резьбовом конце 2 которой навинчена гайка 3, неподвижно соединенная посредством предохранительного фиксатора в виде упругого храповика 4 с эксцентрической зажимной шайбой 5. Эксцентрическая зажимная шайба 5 взаимодействует своим торцом с эксцентрической втулкой 6 из гранулированного материала 7 и пластичного заполнителя 8. Эксцентрическая втулка 6 взаимодействует другим своим торцом с эксцентрической опорной шайбой 9, которая в свою очередь оперта на кольцевой упор 10 штанги 1. Штанга 1 имеет на другом конце симметричные относительно ее оси вращения поверхности 11 для передачи крутящего момента. В эксцентрической зажимной шайбе 5, эксцентрической втулке 6 и эксцентрической опорной шайбе 9 выполнено сквозное продольное отверстие 12 для размещения троса 13 (фиг.2) при закреплении в скважине 14. Поверхности 11 для передачи крутящего момента штанги 1 выполнены в виде поверхностей многогранника, например четырехгранника (фиг.1, 2), или криволинейными, например в виде поверхностей, поперечное сечение которых представляет собой гипоциклоиду (фиг.3, 6). Сквозные продольные отверстия 12 (фиг.3-5) могут быть выполнены в виде диаметрально противоположных друг другу полукруглых пазов в боковых цилиндрических поверхностях эксцентрической опорной шайбы 9, эксцентрической втулки 6 и эксцентрической зажимной шайбы 5.

При введении устройства в скважину 14 (фиг.2) штанге 1 сообщают вращательное движение, например, переходной трубчатой штангой (на фиг. не показана) через симметричные относительно ее оси вращения поверхности 11 для передачи крутящего момента. Гайка 3 на резьбовом конце 2 штанги 1 связана через предохранительный фиксатор в виде упругого храповика 4 с эксцентрической зажимной шайбой 5 и через нее со стенками скважины 14, вследствие чего не вращается. Штанга 1, ввинчиваясь в гайку 3, воздействует через кольцевой упор 10 на эксцентрическую опорную шайбу 9 и через нее на эксцентрическую втулку 6. При этом высота Н эксцентрической втулки 6 уменьшается и обеспечивается боковой распор гранулированного материала 7 и пластичного заполнителя 8, надежное закрепление эксцентрической втулки 6 к стенкам скважины 14. При достижении предельного усилия затяжки анкерного замка предохранительный фиксатор в виде упругого храповика 4 проворачивается. Это предохраняет гайку 3 и резьбовой конец 2 штанги 1 от повреждения. Взаимодействие гранулированного материала 7 и пластичного заполнителя 8 эксцентрической втулки 6 с поверхностью троса 13 обеспечивает его фиксацию относительно элементов устройства и надежное закрепление в скважине 14.

Рассмотрим работу устройства на примере использования технического решения при возведении тросового анкера (фиг.3) в подземной горной выработке в случае необходимости закрепления троса 13 в его средней части. Целесообразно, чтобы сквозные продольные отверстия 12 в этом случае представляли собой диаметрально противоположные друг другу полукруглые пазы для размещения троса 13 в боковых цилиндрических поверхностях эксцентрической опорной шайбы 9, эксцентрической втулки 6 и эксцентрической зажимной шайбы 5. Штанге 1 сообщают вращательное движение, например, переходной трубчатой штангой (на фиг. не показана) через симметричные относительно ее оси вращения поверхности 11, обеспечивающие передачу крутящего момента. Гайка 3 на резьбовом конце 2 штанги 1, связанная через предохранительный фиксатор в виде упругого храповика 4 с эксцентрической зажимной шайбой 5 и через нее со стенками скважины 14, не вращается. Штанга 1, ввинчиваясь в гайку 3, воздействует через кольцевой упор 10 на эксцентрическую опорную шайбу 9 и через нее на эксцентрическую втулку 6. При этом эксцентрическая втулка 6 обеспечивает надежное закрепление со стенками скважины 14 и двумя ветвями троса 13, образующими петлю внутри скважины 14 (фиг.3). При достижении предельного усилия затяжки анкерного замка предохранительный фиксатор в виде упругого храповика 4 проворачивается. Это предохраняет гайку 3 и резьбовой конец 2 штанги 1 от повреждения. Таким образом, анкерный замок обеспечивает надежное закрепление троса 13 в скважине 14 и создает благоприятные условия для возведения тросового анкера при креплении горных выработок и подземных сооружений. При необходимости можно осуществлять демонтаж тросового анкера путем реверсирования направления вращения штанги 1 анкерного замка. При наличии большего количества сквозных продольных отверстий 12 (фиг.3-5), выполненных в виде диаметрально противоположных друг другу полукруглых пазов в боковых цилиндрических поверхностях эксцентрической опорной шайбы 9, эксцентрической втулки 6 и эксцентрической зажимной шайбы 5, возможно закрепление нескольких тросов в одной скважине 14 для создания сложных поддерживающих конструкций, чем повышается надежность закрепления тросов 13 в скважине 14, создаются благоприятные условия для возведения тросовых анкеров при креплении горных выработок и подземных сооружений. Дополнительно повышается несущая способность тросовых анкеров.

1. Анкерный замок для закрепления троса в скважине, включающий штангу с кольцевым упором, резьбовым концом и навинченной на нем гайкой, соединенной предохранительным фиксатором в виде упругого храповика с эксцентрической зажимной шайбой, установленную между последней и эксцентрической опорной шайбой, взаимодействующую с ними эксцентрическую втулку из гранулированного материала и пластичного заполнителя и выполненные на противоположном конце штанги симметричные относительно оси ее вращения поверхности для передачи крутящего момента, отличающийся тем, что эксцентрическая втулка, эксцентрическая опорная шайба и эксцентрическая зажимная шайба имеют, по крайней мере, одно сквозное продольное отверстие, в котором помещен закрепляемый трос, а поверхности для передачи крутящего момента выполнены криволинейными.

2. Анкерный замок по п.1, отличающийся тем, что криволинейные поверхности штанги для передачи крутящего момента выполнены в виде поверхностей, поперечное сечение которых представляет собой гипоциклоиду.

3. Анкерный замок по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что сквозные продольные отверстия выполнены в виде диаметрально противоположных друг другу полукруглых пазов в боковых цилиндрических поверхностях эксцентрической опорной шайбы, эксцентрической втулки и эксцентрической зажимной шайбы.