ПОДАТЛИВЫЙ АНКЕР КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1994 года по МПК E21D21/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к анкерным крепям подземных сооружений, расположенных в скальных и полускальных грунтах в зонах с интенсивными горными, сейсмическими и тектоническими напряжениями.

Известен податливый породный анкер, снабженный замком, закрепленным в глубокой части скважины, поворотным хвостовиком, который выполнен в виде пучка стальных прутков или стальных проволочек, а также распорной плитой, прилегающей к устью скважины, при этом стальные стержни или стальные проволочки скручены или переплетены так, что при растяжении хвостовика анкера происходит его удлинение. Между стальными прутками или проволочками расположен материал, пластически податливый под воздействием давления [1] .

Известен податливый анкер, состоящий из стержня, выполненного из стальной трубы, закрепленной с помощью раствора в донной части скважины, опорной головки, через распорную плиту прилегающей к устью скважины, при этом в свободной части скважины трубчатый элемент выполнен в виде гофр, которые при нагрузке распрямляются и обеспечивают податливость [2] .

Недостатками вышеописанных аналогов является недостаточное относительное удлинение анкера, которое обеспечивается только лишь выпрямлением проволок или гофр. При рациональной свивке проволок и придании волнистости (гофр) трубчатому элементу можно обеспечить не более 2% податливости анкера. Для больших расчетных смещений контура выработки длину анкеров необходимо значительно увеличивать, что экономически не всегда оправдано.

Известен анкер конструкции "Гидроспецпроект" (Г. С. П. ), состоящий из стержня в виде пучка высокопрочной проволоки, замка, расположенного в донной части скважины, и анкерной головки в виде металлического цилиндра с отверстиями, расположенными по концентрическим окружностям, через каждое из которых пропущены высокопрочные проволоки с высаженными на концах утолщениями [3] .

Недостатком данного изобретения является то, что проволока закреплена в анкерной головке жестко без возможности податливости. Анкер является относительно жестким и не может противостоять смещению контура выработки, вызванного разрушением горной породы от интенсивных сейсмических и тектонических напряжений.

Жесткое закрепление высокопрочной проволоки в замке и головке анкера приводит к резкому росту напряжений в пучке проволоки и потере несущей способности анкера. Холоднообработанные стали, применяемые в пучке проволоки, не имеют явно выраженной площадки текучести, и для таких сталей вводят понятие условного предела текучести, которому соответствует остаточное удлинение стали, равное 0,2% первоначальной длины. Такая малая величина относительной деформации стержня анкера из пучка высокопрочной проволоки при жестком его закреплении не может обеспечить необходимой податливости контура выработки при его разрушении, что неизбежно ведет к разрыву анкера.

Целью изобретения является повышение надежности анкерной крепи за счет придания анкеру свойств податливости.

Поставленная цель достигается тем, что анкерная головка выполнена по крайней мере из трех цилиндров с соосными отверстиями, скрепленных по центру болтом, при этом отверстия четных цилиндров выполнены с односторонним смещением по отношению к отверстиям нечетных цилиндров на величину равную 0,5 диаметра этих отверстий, причем все они раззенкованы на величину фаски равной не более величины взаимного смещения цилиндров.

На фиг. 1 показана головка податливого анкера, общий вид; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3, 4, 5 - процесс изготовления головки податливого анкера; на фиг. 6 - фотография испытаний опытной партии головок податливого анкера.

Головка податливого анкера крепи горных выработок на фиг. 1, 2 выполнена по крайней мере из трех цилиндров: 1 с соосными отверстиями 2 под пучок высокопроточной проволоки 3, центрального отверстия 4 с болтом 5.

Собирается головка податливого анкера крепи горных выработок следующим образом. Цилиндры 1, по крайней мере три штуки, устанавливаются в матрицу таким образом, чтобы отверстия 2 совместились; через них продевается пучок проволок 3 с таким расчетом, чтобы свободный конец обеспечивал необходимую величину податливости, т. е. протяжки. Наружная плоскость четных цилиндров 1 выступает на величину равную взаимному смещению отверстий 2, т. е. на 0,5 диаметра этих отверстий. В специальной матрице с помощью прессовой установки вдавливают выступающий цилиндр, совмещая его с плоскостью двух других.

При этом отверстия 2 четных цилиндров 1, которые выполнены с односторонним смещением по отношению к отверстиям нечетных цилиндров, изгибают проходящую через них проволоку 3. Величина фаски 6, равная 0,5 диаметра отверстий, при такой же величине их взаимного смещения обеспечивает свободное перегибание проволоки, исключая ее передавливание. Последней операцией изготовления головки податливого анкера является фиксация цилиндров в таком положении, для чего в центральное отверстие 4 вставляют болт 5, который стягивает между собой цилиндры и не дает возможности им раздвинуться ни в продольном, ни в поперечном направлении.

Податливый анкер крепи горных выработок с собранной анкерной головкой готов к монтажу в скважину конструкции крепи.

В результате интенсивных сейсмических и тектонических напряжений, возникающих в горном массиве, контур выработки разрушается со смещением во внутрь, в результате чего на крепь выработки действует сверхрасчетное давление с многократным превышением несущей способности крепи. При обеспечении податливости в анкерах происходит необходимое смещение разрушенной породы на величину, обеспечивающую установившееся состояние равновесия между давлением породы и реакцией отпора анкерной крепи, крепь разгружается.

Податливость в головке анкерной крепи происходит за счет протяжки проволок 3 в соосных отверстиях 2, с изгибом по фаске 6. Проведенные исследования показывают, что рациональной величиной взаимного смещения отверстий является 0,5 их диаметра, при величине фаски равной не более этой же величины. Увеличение взаимного смещения ведет к передавливанию проволок в местах раззенковки, уменьшение - к снижению усилия протяжки через отверстия.

Изменяя количество цилиндров от трех минимально, в сторону увеличения, можно варьировать необходимой податливостью анкера до жесткого закрепления проволок в головке, т. е. когда усилие изгиба и протяжки проволок будет равно усилию их разрыва.

Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения заключаются в следующем:
- повышается надежность крепи горных выработок за счет обеспечения податливости головки анкера, выполненной из трех цилиндров с соосными отверстиями под пучок проволок; что позволяет противостоять чрезмерному смещению контура выработки от интенсивных сейсмических и тектонических напряжений;
- повышается технологичность изготовления за счет изменения количества цилиндров от трех и более, можно варьировать величиной податливости вплоть до жесткого, а это позволяет расширить возможность и область применения. (56) 1. Заявка ФРГ N 3434020, кл. B 21 D 21/00, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 1551809, кл. B 21 D 21/00, 1990.

3. П. Ф. Вишневский. Современные методы анкерного крепления в строительстве. М. Воениздат, 1981.

Использование: изобретение относится к горному делу, а именно к анкерным крепям подземных сооружений. Сущность изобретения: анкер снабжен головкой, выполненной, по крайней мере, из трех цилиндров 1 с соосными отверстиями 2. Цилиндры 1 скреплены по центру болтом 5, при этом отверстия 2 четных цилиндров выполнены с односторонним смещением по отношению к отверстиям нечетных цилиндров на величину, равную 0,5 диаметра этих отверстий. Все отверстия 2 раззенкованы на величину фаски, равной не более величины взаимного смещения цилиндров 1. Каждая проволока 3 пучка пропущена через смещенные отверстия с изгибом. 6 ил.

ПОДАТЛИВЫЙ АНКЕР КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, состоящий из пучка высокопрочной арматурной проволоки с замковой частью на одном конце, а на другом с анкерной головкой, которая выполнена в виде металлического цилиндра с отверстиями, в каждом из которых закреплена отдельная проволока пучка анкера, отличающийся тем, что анкерная головка выполнена по крайней мере из трех цилиндров с соосными отверстиями, скрепленных по центру болтом, при этом отверстия четных цилиндров выполнены с одностронним смещением относительно отверстий нечетных цилиндров на величину 0,5 диаметра этих отверстий, причем все они раззенкованы на величину фаски не более величины взаимного смещения цилиндров.