Анкерне піддатливе кріплення

Реферат: Анкерне піддатливе кріплення складається з системи анкерів, що включають опорну плиту, натяжну гайку, складений металевий стержень, який закріплений затверділим полімером у шпурі, та трубчату обойму, яка зв'язує між собою внутрішню і зовнішню частини складеного стержня. Внутрішні частини складених стержнів закріплені затверділим полімером у донних ділянках шпурів, зовнішні частини складених стержнів закріплені полімером у устях шпурів, а вузли піддатливості анкерів, котрі розміщені між закріпленими ділянками шпурів, не мають безпосереднього зв'язку з їх породною поверхнею та обмежені герметизаторами, які надіті на вільні кінці окремих частин складеного стержня у місці закінчення трубчатої обойми, яка з'єднана із зовнішньою частиною складеного стержня жорстко, а з внутрішньою частиною піддатливо, для чого її стінки ослаблені по діаметрально протилежних твірних. У внутрішньому стержні через обойму закріплений ніж, що під час формування тріщин розрізає трубу у напрямку піддатливості до упору в неослаблену ділянку обойми. UA 74873 U (54) АНКЕРНЕ ПІДДАТЛИВЕ КРІПЛЕННЯ UA 74873 U UA 74873 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої промисловості, а саме до анкерного кріплення гірничих виробок, і може бути використана під час спорудження виробок у складних гірничогеологічних умовах для забезпечення піддатливого режиму роботи зміцнених порід і анкерного кріплення. Відоме анкерне піддатливе кріплення, яке складається із замка для закріплення анкера у шпурі, суцільного стержня з натяжною гайкою на зовнішньому кінці та вузла піддатливості, який розміщений у кільцевому просторі між стержнем і поверхнею шпура і виконаний у вигляді встановленого на стержні конусного розсікача та втулки, що руйнується та розташована у трубчатому циліндричному корпусі, який має на кінці, що стирчить, опорний фланець, при цьому розсікач розміщений між натяжною гайкою і втулкою та утворює вузьку щілину між фланцем корпусу (А. С. СРСР №1055885. МПК E21D 21/00. Опубл. 23.11.83. Бюл. №43). Недоліками такого анкера є значні витрати матеріалів на металеву трубу і втулку, що руйнується та складність видавлювання продуктів руйнування через вузьку щілину, бо скоріше матеріал втулки буде ущільнюватися, чим видавлюватися. Тому такий анкер має обмежену піддатливість і неефективний режим роботи. Під час зминання втулки гайка буде втягуватися у шпур, внаслідок чого контроль роботи анкера і повторне його натягання ускладнюються. Через те, що труба розміщується упритул до поверхні шпура, виникає складність зі встановленням анкера у шпурах зі змінним діаметром. Більш того, такий анкер належить до замкових анкерів, у яких поверхня взаємодії з породами дуже мала, тому на ділянках взаємодії виникають підвищені напруження, що призводить до руйнування порід, падіння зусилля від натягування анкера, тому він перестає виконувати свою функцію. Відомий також піддатливий анкер, який складається з суцільного стержня із замком на одному кінці й натяжною гайкою на другому, вузла піддатливості, що розміщений навколо стержня і виконаний у вигляді конусного розсікача, котрий контактує з гайкою та взаємодіє з втулкою, яка призначена для руйнування та розміщена у циліндричному корпусі зі зовнішнім фланцем та конічною внутрішньою поверхнею (А. С. СРСР №1289996, МПК E21D 21/00. Опубл. 15.02.87. Бюл. №6). Цей замковий піддатливий анкер має ті самі недоліки, що і попередній аналог. Його відмінність полягає у змінному розмірі щілини для видавлювання зруйнованого матеріалу втулки завдяки конусним поверхням труби та розсікача. Тому умови вилучення з труби зруйнованого матеріалу ще більш погіршуються, а витрати на виготовлення конічних поверхонь збільшуються. Відоме також піддатливе анкерне кріплення, яке складається із замка, опорної плитки і натяжної гайки, складеного стержня, що виконаний із головної і хвостової частин, розміщеного між ними циліндра з поршнем, який жорстко з'єднаний з хвостовою частиною стержня, котра є штоком. Циліндр входить у шпур вільно та має додаткові циліндричні секції з поперечними перемичками, у яких виконані осьові отвори. Штокова порожнина циліндра заповнена робочим середовищем, а хвостовик стержня встановлений у отворах перемичок із зазором (А. С. СРСР №1276822, МПК E21D 21/00. Опубл. 15.12.86. Бюл. №46). Додатковими недоліками цього анкерного замкового кріплення є складність виготовлення вузла піддатливості і великі витрати матеріалів, які не забезпечують заявленого регулювання опору анкера у піддатливому режимі, бо умовиексплуатації анкерного кріплення у гірничих виробках такі, що рухатись поршень у циліндрі не зможе внаслідок перекосів із-за деформування породного масиву, ржавіння металу у вологому середовищі тощо. Відомий також піддатливий анкер, який складається з труби, у яку по центру вставлена суцільна штанга із замком на одному кінці і розсікачем на другому. Розсікач виконаний у вигляді головки з радіально встановленим ножем. Штанга має опорний вузол у вигляді ввареної в її зовнішній кінець заглушки, яка на торці має болт, на котрий надягається опорна планка і нагвинчується гайка. Стінка труби перфорована отворами по діаметрально розташованим твірним і має два вікна для встановлення ножа. Ніж своїм вістрям спрямований у напрямку перфоруючих отворів, а довжина ножа дорівнює зовнішньому діаметру труби (А. С. СРСР №1592510, МПК E21D 21/00. Опубл. 15.09.90. Бюл. №34). Недоліками такого замкового анкера є складність конструкції, неможливість закріплення штанги в шпурі за допомогою обертання болта або ударів по ньому, бо при цьому ніж буде розрізати стінки труби, а також непрацездатність анкера після розрізання труби. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є анкерне піддатливе кріплення, яке складається з окремих анкерів, що включають опорну плиту з натяжною гайкою і складений металевий стержень, що має головну частину, яка закріплена у донній ділянці шпура в'яжучим, та хвостовик, який з'єднаний з головною частиною трубчатою 1 UA 74873 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обоймою, що зв'язана з однією частиною стержня через посадку з натягом, а з другою - жорстко (А. С. СРСР №926318, МПК E21D 21/00. Опубл. 07.05.82. Бюл. №17). Недоліком цього анкера є малий опір витягуванню стержня з трубчатої обойми, який забезпечується лише зусиллями тертя, неможливість попереднього натягання анкера за рахунок загвинчування гайки, бо стержень буде при цьому витягуватися із трубчатої обойми, і непрацездатність анкера після повного витягування стержня із посадженої з натягом трубчатої обойми. Крім того, в'яжучим у шпурі закріплюється лише головна частина анкера, а в місці контактування опорної плити з породами можливо їх руйнування, що призведе до виходу анкера із ладу та втрати стійкості виробки. Технічною задачею корисної моделі є формування навколо виробки жорсткої несучої породної оболонки і піддатливої зони із зруйнованих порід для забезпечення стійкості породного контуру виробки, а також підвищення опору анкера під час переміщення стержня у піддатливому режимі роботи. Це дозволяє забезпечити перемінний режим роботи у глибину масиву відповідно до проявів гірського тиску, значно розширити умови застосування анкерів в породах із різними деформаційними властивостями та узгодити деформаційно-силові характеристики під час роботи анкерів у комбінації з рамним кріпленням. Поставлена задача вирішується тим, що в анкерному піддатливому кріпленні, яке складається з системи анкерів, що включають опорну плиту, натяжну гайку, складений металевий стержень, який закріплений полімерним в'яжучим у шпурі, та трубчату обойму, яка зв'язує між собою внутрішню і зовнішню частини складеного стержня, згідно з корисною моделлю внутрішні частини складених стержнів закріплені затверділим полімером у донних ділянках шпурів, зовнішні частини складених стержнів закріплені полімером у устях шпурів, а вузли піддатливості анкерів, котрі розміщені між закріпленими ділянками шпурів, не мають безпосереднього зв'язку з їх породною поверхнею та обмежені герметизаторами, які надіті на вільні кінці окремих частин складеного стержня у місці закінчення трубчатої обойми, причому трубчата обойма з'єднана із зовнішньою частиною складеного стержня жорстко, а з внутрішньою частиною - піддатливо, для чого її стінки ослаблені по діаметрально протилежним твірним, а у внутрішньому стержні через обойму закріплено ніж, який під час формування тріщин розрізає трубу у напрямку піддатливості до упору в неослаблену ділянку обойми. Анкерне кріплення пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 зображений загальний вид виробки, що закріплена анкерним піддатливим кріпленням в умовах формування кільцевої зони непружних деформацій, на фіг. 2 - дві проекції окремого анкера після його встановлення в породний масив, а на фіг. 3 - ці проекції анкера під час його роботи у піддатливому режимі. Анкерне піддатливе кріплення складається із системи анкерів 1, що встановлені радіально навколо виробки 2 та утворюють жорстку несучу армовану оболонку 3 біля контуру виробки, піддатливу зону 4 із зруйнованих порід зони непружних деформацій і жорстку кільцеву зону 5 закріплення анкерів 1 у монолітному породному масиві 6. Анкери 1 встановлюють в шпурах 7, які бурять навколо виробки в породному масиві на потрібну глибину. Окремі анкери 1 включають до свого складу опорну плиту 8, що контактує з породною поверхнею виробки, натяжну гайку 9, що нагвинчена на хвостовик 10 анкера, металевого стержня анкера, що складається із внутрішньої 11 і зовнішньої 12 частин, які жорстко закріплені полімерним в'яжучим відповідно у донній ділянці 13 шпура і у його усті 14. В межах зони зруйнованих порід 4 між герметезаторами 15 розміщені вузли піддатливості анкерів, які сприяють утворенню тріщин 16 у потрібному місті і не мають безпосереднього зв'язку з породною поверхнею шпурів. Вузли піддатливості формуються за рахунок виготовлення анкера 1 у вигляді складеного стержня, окремі частини (11 і 12) якого з'єднуються за допомогою трубчатої обойми 17, що з натягом посаджена на стержні 11 і 12, причому із зовнішньою частиною 11 - піддатливо. Піддатливість вузла забезпечується за рахунок висмикування стержня 11 із трубчатої обойми 17 та розрізання стінок труби 17 ножем 18, який розміщений у внутрішньому стержні 11. Розрізання стінок труби 17 відбувається поступово у напрямку діаметрально протилежних твірних по мірі формування тріщин 16 до упору ножа 18 в неослаблену ділянку обойми 17. Для цього стінки труби 17 ослаблені на довжину піддатливості анкера 1, наприклад, за допомогою отворів або пропилів. Анкерне піддатливе кріплення установлюють у наступній послідовності. В пробурені шпури 7 кладуть ампулу зі смолою і отверджувачем, вводять в шпур складений стержень, розривають ампулу гострим кінцем внутрішньої частини складеного стержня 11, перемішують компоненти декілька секунд і дають полімеру можливість затвердіти у донній ділянці 13 шпура 7. Після цього в кільцевий простір устя шпура 7 нагнітають полімерне в'яжуче ін'єкційним способом, формуючи, тим самим, біля контуру виробки жорстку несучу оболонку 3, на хвостовик 10, що стирчить у виробку, зовнішньої частини 12 стержня надівають опорну плиту 8, а після 2 UA 74873 U 5 10 15 20 затвердіння полімера загвинчують натяжну гайку 9, утворюючи початкове напруження анкера 1, яке обмежується сумарним зусиллям опору витягування стержня 11 із обойми 17 і розрізання труби 17 ножем 18. Розвиток гірського тиску викличе переміщення контуру виробки і формування розривних зусиль уздовж шпурів 7, які призведуть до розриву порід і утворення тріщин 16 у самому слабкому місті, тобто на ділянці розташування вузлів піддатливості. По мірі деформування масиву порід відстань між жорсткими зонами 3 і 5 буде зростати, внаслідок чого ніж 18 своїм лезом буде розрізати трубу 17 у заданому напрямку, при цьому натягнення анкера буде збільшуватись за рахунок зростання відстані між перфоруючими отворами. Таким чином у разі формування навколо виробки зони непружних деформацій система взаємодіючих анкерів 1 уздовж шпурів утворює у породному масиві глибинну жорстку зону 5 за рахунок закріплення кінцівок внутрішніх частин 11 складених стержнів затверділим полімером у донних ділянках шпурів 7, біляконтурну жорстку зону 3 шляхом закріплення зовнішніх частин 12 складених стержнів затверділим полімером у устях шпурів 7 та для подальшого утворення тріщин 16 у зоні непружних деформацій проміжну піддатливу зону 4, у межах якої розміщені вузли піддатливості анкерів. Змінюючи розмір жорсткої і піддатливої зон (3 і 4), а також зусилля розрізання труби 17 і величини обтиснення стержня 11 обоймою 17 можливо регулювати режим роботи кріплення. Це створює додаткові можливості для розширення умов застосування анкерів в породах з різними деформаційно-міцнісними властивостями, а також для комбінування анкерів з різного виду кріпленнями, які мають свої деформаційні характеристики. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Анкерне піддатливе кріплення, яке складається з системи анкерів, що включають опорну плиту, натяжну гайку, складений металевий стержень, який закріплений затверділим полімером у шпурі, та трубчату обойму, яка зв'язує між собою внутрішню і зовнішню частини складеного стержня, яке відрізняється тим, що внутрішні частини складених стержнів закріплені затверділим полімером у донних ділянках шпурів, зовнішні частини складених стержнів закріплені полімером у устях шпурів, а вузли піддатливості анкерів, котрі розміщені між закріпленими ділянками шпурів, не мають безпосереднього зв'язку з їх породною поверхнею та обмежені герметизаторами, які надіті на вільні кінці окремих частин складеного стержня у місці закінчення трубчатої обойми, причому трубчата обойма з'єднана із зовнішньою частиною складеного стержня жорстко, а з внутрішньою частиною піддатливо, для чого її стінки ослаблені по діаметрально протилежних твірних, а у внутрішньому стержні через обойму закріплений ніж, що під час формування тріщин розрізає трубу у напрямку піддатливості до упору в неослаблену ділянку обойми. 3 UA 74873 U 4 UA 74873 U 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 5