Спосіб установки анкера

УКРАЇНА (19) UA (11) 29169 (51) МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (13) A 6 E21D21/00 видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ УСТАНОВКИ АНКЕРА (13) 29169 (11) d - відстань від місця згину до центру дільниці з зазубринами, що примикає до нього, м. При установці анкерів пропонується враховувати їхнє взаєморозташування, а саме розташовувати їх один проти одного для погашення деформацій зрушення шарів напластування в площині перетину виробки. Недоліком вибраного за прототип способу установки відомого анкерного кріплення є неузгодження орієнтації анкерів з направленням зміщення порід. Виходячи з наведеної формули, кут нахилу шпуру b безпосередньо залежить від конструктивних параметрів анкера (куту згину хвостовика, коефіцієнта тертя об породу) і прив'язаний до породного оголення, що значно зменшує дієздатність анкерів. Запропонована в прототипі орієнтація анкерів враховує зрушення порід тільки вздовж контактів шарів напластування і не враховує можливість їх зрушення під кутом до напластування в результаті процесів розшарування і руйнування прилягаючих до контуру виробки порід. Це може призвести до зрізу частини анкерів або до неповного використання їхньої несучої спроможності. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб установки анкерів шляхом буріння шпурів під кутом a, рівним 5-40° по відношенню до направлення зміщення порід. При цьому забезпечується технічний результат - погодження орієнтації анкерів з направленням зміщення порід, що повністю використовує позитивний ефект тертя породи об анкер і підвищує стійкість виробки в цілому. Поставлена задача досягається тим, що в способі установки анкера, який включає буріння шпуру і установку в ньому анкера, згідно винаходу, шпур бурять під кутом a, рівним 5-40° по відношенню до направлення зміщення порід. Доцільно нахил шпуру здійснювати в площині, що не співпа UA Винахід відноситься до гірничої справи, зокрема до кріплення гірничої виробки анкерами, що закріплюються по всій довжині і може бути використаний для закріплення нестійких гірських порід в підземних виробках. Відоме багатоланкове анкерне кріплення (А.с. СРСР № 1112126, Е21D21/00, Бюл. № 33, 07.09.1984) в роботі якої описаний спосіб кріплення, яке включає буріння шпурів і установку в них анкерів, причому шпури у стін виробки буряться під кутом 45° до горизонталі, а інші - під кутом 60° один до іншого. Недоліком способу установки відомого анкерного кріплення є неузгодження орієнтації анкерів з направленням зміщення порід. Кути нахилу шпурів орієнтують відносно горизонталі, що значно зменшує дієздатність анкерів. В результаті недостатньо використовується несуча спроможність анкерів через нераціональне використання позитивного ефекту тертя породи об анкер. Найбільш близьким по технічній суттєвості до запропонованого способу є беззамковий анкер по а.с. СРСР № 1601384, 21D21/00, Бюл. № 39, 23.10.1990, спосіб установки якого включає в себе буріння шпуру під кутом b до породного оголення і установку в ньому анкера з відігнутим під кутом a хвостовиком, де p a b= + , 2 2 де æ 1 1- d ö ÷, a ³ arctgç * ç fmp. 1 + d ÷ è ø де fmp. - коефіцієнт тертя штанги по породі; І - довжина штанги до місця згину хвостовика, м; A (57) 1. Спосіб установки анкера, що включає буріння шпуру і установку в ньому анкера, що відрізняється тим, що шпур бурять під кутом a рівним 5-40° по відношенню до направлення зміщення порід. 2. Спосіб по п. 1, що відрізняється тим, що нахил шпуру здійснюють в площині, що не співпадає з площиною поперечного перетину виробки і що відхиляється від неї на кут b рівний 5-90°. (19) (21) 98010325 (22) 21.01.1998 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Назимко Віктор Вікторович, Напрасников Сергій Вікторович, Александров Сергій Миколайович, Сажнєв Вячеслав Петрович (73) Назимко Віктор Вікторович 29169 дає з площиною перетину виробки і що відхиляється від неї на кут b, рівний 5-90°. Причинно-наслідковий зв'язок ознак, що складають сутність винаходу, з технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. При малих кутах a нахилу анкера, по відношенню до направлення зміщення порід, критичні умови, при яких відбувається його зріз ще не виникають. Частина сили, під впливом якої відбуваються зміщення гірських порід, витрачається на згин матеріалу з якого виготовлений анкер і на подолання додаткових сил тертя, що виникають від реактивних сил із-за неспіввісності направлення зміщення породи і орієнтації осі анкера. Таким чином врахування направлення зміщення гірських порід в порожнину виробки дозволить ефективно використати несучу спроможність анкера і завдяки цьому підвищити стійкість простору, що він закріпляє. Крайні положення куту нахилу шпуру a обгрунтовані результатами натурних досліджень. Об'єктом дослідження було зусилля витягування установлених під різноманітними кутами анкерів з шпуру. Порівняння отриманих значень з зусиллям витягування анкера при співвісному розташуванні показало, що при розташуванні анкера під кутом a до 5° до площини зміщення порід, величина зусилля його витягування з шпуру незначно відрізняється від вхідного. Крім того, нижня межа запропонованого в винаході куту a обгрунтована тим, що в натурних умовах забезпечення нахилу шпуру з точністю до 5° зв'язано з великими труднощами по ряду технологічних і геофізичних факторів. Верхня межа обгрунтована тим, що по результатах натурних і лабораторних досліджень кут нахилу шпуру a, приймаючий значення більш 40° по відношенню до направлення зміщення порід, призводить до значної втрати несучої спроможності анкера (аж до його зрізу) в 90% випадків. Важливо відзначити, що використання признаку винаходу, а саме нахилу шпуру в площині, що не співпадає з площиною поперечного перетину виробки і що відхиляється від неї на 5-90°, дозволить значно прискорити досягнення технічного результату. Мається на увазі той факт, що нахилом анкерів в запропонованій площині досягається ефект більш повного перекриття площі простору, що закріплюється. Однак при відхиленні анкера від площини поперечного перетину на кут b менш 5° ефекту значного перекриття площі простору, що закріплюється не досягається. На фіг. 1-4 схематично показаний спосіб, що пропонується в винаході, установки анкера, де 1 контур виробки, 2 - анкери, 3 - площина зміщення порід. Фіг. 1 відображає проекцію контуру виробки 1 на площину поперечного перетину виробки і проекцію анкерів 2 на цю площину. Фіг. 2 відображає проекцію контуру виробки 1 на площину по здовжнього перетину виробки і проекцію анкерів 2 на цю площину. На фіг 3 наведена дільниця виробки з орієнтованими до площини поперечного перетину під кутом b анкерами. Також наведено тривимірне зображення дільниці виробки з закріпленим по описаному в винаході засобу простором, де відображений кут a нахилу анкера до площини 3 зміщення порід (фіг. 4). Для реалізації описаного в винаході способу установки анкера буриться шпур під заданим кутом a, рівним 5-40°, до направлення зміщення порід, що уміщують виробку і встановлюється в ньому анкер. Після цього анкер фіксується у шпурі за допомогою будь-якого відомого засобу, при цьому доцільно нахил шпуру здійснювати в площині, що не співпадає з площиною поперечного перетину виробки і що відхиляється від неї на кут b рівний 5-90°. Приклад. В процесі проходження виробки, на контрольній дільниці була обладнана вимірна станція з метою визначення направлення зміщення порід. Просторовий вектор розбіжності шарів визначався як сумарний від вектору зміщення порід вздовж контакту напластування і вектору зміщення порід в результаті їх розшарування. Розшарування на контактах шарів вимірювалося за допомогою глибинних реперів. Відносне зрушення вздовж контакту напластування фіксувалося в шпурах великого діаметру за допомогою оптичного приладу зі шкалою по орієнтації короткої напіввісі еліпса зміщеного шару породи. Після визначення направлення зміщення порід по периметру виробки бурили шпури під різноманітними кутами a до отриманої площини зміщення порід і установлювали в них анкерне кріплення. При цьому нахил шпуру здійснювався в площині, що не співпадає з площиною перетину виробки і що відхиляється від неї на кут b, рівний 5-90°. Після реалізації зміщень, що візуально визначалися, порід, що уміщують виробку були зроблені виміри значень сили стягування породи з анкерного кріплення (DF, кН) і виміри величини витягування анкерного кріплення з шпуру (Dl, мм). Аналіз отриманих даних був вироблений як порівняльний по відношенню до співвісного з направленням зміщення порід розташування анкерів. Результати експерименту показали (див. таблицю), що при кутах нахилу шпуру a менш 5°, додаткова робота на подолання опору витягуванню анкера з шпуру (DFDI, кН/мм) на порядок менша, ніж при запропонованому в винаході діапазоні кутів нахилу. При кутах нахилу більше 40°, додаткової роботи на подолання опору витягуванню анкера з шпуру не зафіксовано. В результаті зрізу анкерів, кінцева робота на їх витягування з шпуру менше тієї же роботи при співвісному з направленням зміщення порід розташуванні анкерного кріплення, тому в таблиці вона приймає від'ємне значення. 2 29169 Таблиця Іспити куту нахилу шпурів по відношенню до направлення зміщення порід № п/п Кут нахилу шпуру a, град. 1 2 3 4 5 6 3 5 15 25 40 45 Додаткова робота на подолання опору витягуванню анкера з шпуру DFDI, кН/мм 1-3 10-15 20-25 30-35 40-45 - (3-5) Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3