Спосіб установлювання гвинтового анкера

Реферат: Винахід належить до гірничодобувної промисловості, зокрема до кріплення гірничих виробок анкерним кріпленням. Спосіб включає буріння шпуру в породах, що закріплюються, формування гвинтової канавки на стінках шпуру, загвинчування анкера в шпур зі створенням мастильного шару між анкером і стінками шпуру, при цьому попередньо здійснюють розвантаження зони гірського масиву в напрямку буріння шпуру шляхом формування випереджаючої порожнини довжиною, що дорівнює 2,0-2,5 діаметра шпуру, і радіусом, що визначаються за наступною залежністю: 0,6rшп rр.оп.п  exp( H 2R ,  0,5) де rр.оп.п - радіус випереджаючої порожнини, м; rшп - радіус шпуру, м; 3  - об'ємна маса порід гірського масиву, кг/м ; H - глибина ведення робіт з буріння шпуру, м; R - міцність порід на одновісний стиск з урахуванням структурного ослаблення гірського масиву, МПа, формування гвинтової канавки ведуть одночасно з бурінням шпуру, а мастильний шар між анкером і стінками шпуру створюють витісненням попередньо нанесеної на поверхню гвинтового анкера пастоподібної клейової маси. Реалізація пропонованого способу установлювання гвинтового анкера дозволила підвищити несучу здатність заанкерованого UA 99035 C2 (12) UA 99035 C2 масиву при скороченні часу установлювання анкерів, що сприяло підвищенню стійкості гірських виробок. UA 99035 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до гірничодобувної промисловості, зокрема до кріплення гірничих виробок анкерним кріпленням. Відомий спосіб установлювання гвинтового анкера (SU 1592505 А1; МПК6 E21D 20/00, опубл. 27.07.1988 р.), що включає буріння шпуру, введення в шпур ущільнювального трубчастого стрижня з полімерного матеріалу і вгвинчування гвинтового анкера, при цьому перед вгвинчуванням анкера стрижень розігрівають до температури розм'якшення або плавлення полімерного матеріалу. При реалізації даного способу до установлювання анкера в шпур необхідно вводити трубчатий стрижень і нагрівальний елемент для розігрівання стрижня, здійснювати розігрівання до температури плавлення, що вимагає додаткових матеріальних витрат і часу. Найбільш близьким аналогом по технічній суті до способу, що заявляється, є спосіб установлювання гвинтових анкерів (RU 2081331 С1, МПК6 E21D 20/00, опубл.10.06.1997 p.), який включає буріння шпуру в породах, що закріплюються, формування гвинтової канавки на стінках шпуру після закінчення його буріння, створення мастильного шару між гвинтовим анкером і шпуром шляхом витиснення води з розміщеного в канавці попередньо змоченого поролону і загвинчування гвинтового анкера в шпур. Спільними ознаками пропонованого способу і способу-найближчого аналога є буріння шпуру в породах, що закріплюються, формування гвинтової канавки на стінках шпуру, загвинчування анкера в шпур зі створенням мастильного шару між анкером і стінками шпуру. При реалізації відомого способу закріплення анкера в гвинтовій канавці забезпечується тільки за рахунок зачеплення виступів анкерної штанги за стінки канавки, а створений мастильний шар води виконує тільки антифрикційну дію, що не дозволяє забезпечити високу несучу здатність заанкерованого масиву. Під час буріння шпуру навколо нього розвивається зона непружних деформацій і подальше нарізування гвинтової канавки викликає руйнування колошпурової області і сколювання частин стінок канавки, що погіршує якість закріплення гвинтового анкера і призводить до зниження несучої здатності закріплених порід. Крім того формування гвинтової канавки вимагає багато часу, оскільки нарізування її в стінках шпуру проводиться після закінчення його буріння. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу установлювання гвинтового анкера, в якому за рахунок оптимізації технологічних операцій забезпечується надійне закріплення анкера в гвинтовій канавці, що сприяє підвищенню несучої здатності заанкерованого масиву при скороченні часу установлювання анкера. Поставлена задача вирішується тим, що в способі установлювання гвинтового анкера, який включає буріння шпуру в породах, що закріплюються, формування гвинтової канавки на стінках шпуру, загвинчування анкера в шпур зі створенням мастильного шару між анкером і стінками шпуру, згідно з винаходом, попередньо здійснюють розвантаження зони гірського масиву в напрямку буріння шпуру шляхом формування випереджаючої порожнини довжиною, що дорівнює 2,0-2,5 діаметра шпуру, і радіусом, що визначаються за наступною залежністю: 0,6rшп rр.оп.п  exp( 40 H  0,5) 2R , де rр.оп.п - радіус випереджаючої порожнини, м; rшп - радіус шпуру, м;  - об'ємна маса порід гірського масиву, кг/м3; H - глибина ведення робіт з буріння шпуру, м; R - міцність порід на одновісний стиск з урахуванням структурного ослаблення гірського 45 50 55 масиву, МПа, формування гвинтової канавки ведуть одночасно з бурінням шпуру, а мастильний шар між анкером і стінками шпуру створюють витісненням попередньо нанесеної на поверхню гвинтового анкера пастоподібної клейової маси. Доцільно використовувати пастоподібну клейову масу з часом твердіння 6-10 годин. Попереднє розвантаження гірського масиву у напрямку буріння шпуру шляхом створення випереджаючої порожнини довжиною, що дорівнює 2,0-2,5 діаметра шпуру і радіусом, що визначаються за пропонованою залежністю, дозволяє створити сприятливі умови для формування гвинтової канавки на стінках шпуру одночасно з його бурінням. Це обумовлено тим, що під час буріння навколо випереджаючої порожнини розвивається зона непружних деформацій і подальше буріння шпуру з формуванням гвинтової канавки ведеться у розвантаженому масиві, що дозволяє зберегти цільність колошпурової області, що сприяє зменшенню сколювання частин стінок канавки. 1 UA 99035 C2 5 10 15 20 25 30 Скорочення довжини випереджаючої порожнини менше 2 діаметрів шпуру не дозволить створити розвантаження масиву до нарізування гвинтової канавки, збільшення довжини випереджаючої порожнини більше 2,5 діаметра шпуру погіршує вилучення штибу з випереджаючої порожнини, що призводить до погіршення формування гвинтової канавки. Поєднання технологічних операцій буріння шпуру і формування на його стінках гвинтової канавки дозволяє скоротити час установлювання анкера, забезпечуючи більш швидке, в порівнянні з аналогом, включення анкера в роботу по запобіганню зсувів і розшарувань порід приконтурного масиву, а також призводить до підвищення швидкості проведення виробок. Створення мастильного шару витісненням попередньо нанесеної на поверхню гвинтового анкера пастоподібної клейової маси дозволяє знизити тертя між анкерною штангою і породним масивом в процесі установлювання анкера по всій його поверхні, чим полегшується процес його загвинчування, порівняно зі способом-найближчим аналогом. При цьому в процесі загвинчування анкера пастоподібна маса примусово витісняється в колошпурові тріщини, утворені в процесі буріння на стінках шпуру, і заповнює їх, а подальше твердіння пастоподібної маси призводить до підвищення якості закріплення анкера. Це сприяє підвищенню несучої здатності заанкерованого масиву. Суть способу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний формований шпур; на фіг. 2 - розміщення гвинтового анкера в шпурі. На фігурах показано: 1 - шпур; 2 - гвинтова канавка; 3 випереджаючий бур першого ступеня; 4 - двоперий різець з одним асиметрично-зрізаним пером; 5 - бурова штанга; 6 - гвинтовий анкер; 7 - випереджаюча порожнина; 8 - мастильний шар між анкером і стінками шпуру; 9 - опорна плита; 10 - гайка. Спосіб установлювання гвинтового анкера здійснюють наступним чином. Для здійснення способу використовують бурильну установку з синхронізатором швидкості подачі бурової коронки зі швидкістю її обертання. Бурильна установка оснащена двоступінчастим буровим різцем з випереджаючим буром першого ступеня 3, співвісним з віссю штанги 5 і буром другого ступеня 4 у вигляді двоперого різця з одним асиметрично-зрізаним пером. Попередньо перед бурінням шпуру здійснюють розвантаження зони гірського масиву в напрямку його буріння. Для цього формують випереджаючу порожнину 7 буром першого ступеня. Випереджаючу порожнину створюють довжиною, що дорівнює 2,0-2,5 діаметра шпуру, і радіусом, що визначаються за наступною залежністю: 0,6rшп rр.оп.п  H  0,5) 2R , де rр.оп.п - радіус випереджаючої порожнини, м; rшп - радіус шпуру, м;  - об'ємна маса порід гірського масиву, кг/м3; H - глибина ведення робіт з буріння шпуру, м; R exp( 35 40 45 50 55 - міцність порід на одновісний стиск з урахуванням структурного ослаблення гірського масиву, 2 кг/м . Двоперим різцем здійснюють буріння шпуру з одночасним формуванням гвинтової канавки. Потім на гвинтовий анкер 6 наносять пастоподібну клейову масу з часом твердіння 6-10 годин, наприклад, з клею Mapefill Мареі. Після чого анкер загвинчують у шпур 1 до упору зі створенням мастильного шару між анкером і стінками шпуру 8 витісненням нанесеної на поверхню гвинтового анкера пастоподібної клейової маси. Далі встановлюють опорну плиту 9 і фіксують її гайкою 10. Приклад. Відпрацьовували вугільний пласт потужністю 1,5 м на глибині 820 м. Міцність порід покрівлі на одновісний стиск з урахуваннямструктурного ослаблення гірського масиву R  40 МПа, 3 об'ємна маса порід гірського масиву (порід покрівлі)   2,3 кг/м . Виробки проводили комбайновим способом. Була вибрана віялова схема розташування шпурів під анкери. Згідно з розрахованими за відомими методиками параметрами буріння в покрівлю виробок бурили шпури довжиною 2 м, для чого використовували бурильну установку УБШ 227 з синхронізатором швидкості подачі бурової коронки зі швидкістю її обертання. Бурильна установка оснащена двоступінчастим буровим різцем з випереджаючим буром першого ступеня, співвісним з віссю штанги і буром другого ступеня у вигляді двоперого різця з одним асиметрично-зрізаним пером. Попередньо перед бурінням кожного шпуру здійснювали розвантаження зони гірського масиву в напрямку його буріння, формуванням випереджаючої порожнини довжиною 0,084 м і радіусом 0,166 м. Потім на гвинтовий анкер наносили пастоподібну клейову масу з клею Mapefill Mapei. Після чого анкер загвинчували у шпур до упору зі створенням мастильного шару між анкером і стінками шпуру витісненням нанесеної на поверхню гвинтового анкера пастоподібної клейової маси. Далі встановлювали опорну плиту і 2 UA 99035 C2 5 фіксували її гайкою. Операції по установці інших анкерів виконували аналогічно. Встановлені гвинтові анкери запобігали зміщенню і розшаруванню порід приконтурного масиву. У порівнянні з відомим способом-найближчим аналогом швидкість установлювання гвинтового анкера збільшилася на 50 %, що дозволяє підвищити швидкість проведення виробок на 20 %. При цьому зміщення покрівлі виробок за двомісячний період після установлювання анкерів зменшилися на 17 %. Реалізація пропонованого способу установлювання гвинтового анкера дозволяє підвищити несучу здатність заанкерованого масиву при скороченні часу установлювання анкерів, що сприяє підвищенню стійкості гірських виробок. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 1. Спосіб установлювання гвинтового анкера, який включає буріння шпуру в породах, що закріплюються, формування гвинтової канавки на стінках шпуру, загвинчування анкера в шпур зі створенням мастильного шару між анкером і стінками шпуру, який відрізняється тим, що попередньо здійснюють розвантаження зони гірського масиву в напрямку буріння шпуру шляхом формування випереджаючої порожнини довжиною, що дорівнює 2,0-2,5 діаметра шпуру, і радіусом, що визначаються за наступною залежністю: 0,6rшп rр.оп.п  exp( 20 H 2R ,  0,5) де rр.оп.п - радіус випереджаючої порожнини, м; rшп - радіус шпуру, м; 3  - об'ємна маса порід гірського масиву, кг/м ; H - глибина ведення робіт з буріння шпуру, м; R - міцність порід на одновісний стиск з урахуванням структурного ослаблення гірського 25 30 масиву, МПа, формування гвинтової канавки ведуть одночасно з бурінням шпуру, а мастильний шар між анкером і стінками шпуру створюють витісненням попередньо нанесеної на поверхню гвинтового анкера пастоподібної клейової маси. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пастоподібну клейову масу використовують з часом твердіння 6-10 годин. 3 UA 99035 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4