АНКЕР Российский патент 1995 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к анкеру и предназначается для использования в угольной, горно-рудной, строительной и оборонной отраслях промышленности.

Известен анкер для скрепления горных пород, закрепляемый в конце пробуренного шпура с помощью клинового устройства и винтовой пары у устья отверстия [1] Недостаток такого анкера в том, что не происходит сцепления слоев горных пород или материала по всей длине шпура, что не обеспечивает надежность скрепления пород. Известен анкер, включающий корпус с наружной винтовой поверхностью, предназначенной для скрепления горных пород или строительных материалов по всей длине шпура [2] Недостаток этого анкера в том, что при завинчивании его в массив возрастает момента вращение и при достижении определенной длины завинченной части происходит срезание его корпуса, после чего завинчивать анкер в массив нельзя. То есть анкер не обеспечивает надежность сцепления (скрепления) слоев пород или материалов.

Целью изобретения является облегчение установки анкера за счет уменьшения момента на его завинчивание в шпур, а также повышение надежности скрепления слоев горных пород или строительных материалов.

Для этого предлагается анкер, включающий цилиндрическую штангу, снабженную винтовыми ребрами, отличающийся тем, что на поверхности корпуса штанги расположены участками полные и неполные по высоте винтовые ребра, которые чередуются в шахматном порядке; анкер отличается тем, что стыки полных и неполных ребер выполнены по плавным кривым; анкер отличается тем, что на поверхности штанги предусмотрен по меньшей мере один кольцевой поясок с неполными винтовыми ребрами (или без ребер).

Анкер отличается тем, что на поверхности штанги расположены участками полные и неполные по высоте винтовые ребра, которые чередуются в шахматном порядке, при этом стыки полных и неполных ребер выполнены по плавным кривым, а на поверхности корпуса штанги предусмотрен по меньшей мере кольцевой поясок с неполными винтовыми ребрами или без ребер.

Изобретение поясняется фиг. 1-9.

На фиг. 1 представлен анкер, общий вид; на фиг. 2 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение по Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 сечение заготовки анкера по А-А на фиг.1; на фиг. 5 сечение заготовки анкера по Б-Б на фиг.3; на фиг. 6 схема развертки поверхности анкера вдоль образующей при двух соседних участках в поперечном сечении анкера с полными и неполными по высоте винтовыми ребрами; на фиг. 7 то же, при трех соседних участках в поперечном сечении анкера с полными и неполными по высоте винтовыми ребрами; на фиг. 8 поперечное сечение анкера по А-А для схемы на фиг.7; на фиг. 9 поперечное сечение анкера по Б-Б для схемы на фиг. 7.

Анкер 1 состоит из корпуса 2, начальной части 3 и хвостовой части 4 (фиг. 1). Корпус 2 состоит из чередующихся участков 5-9 длиною l₅, l₆. На каждом из участков 5-9 расположены противоположно друг другу полные винтовые ребра 10, 11 (фиг. 2) и 12, 13 (фиг.3), а между ними расположены неполные винтовые ребра по высоте 14, 15 (фиг.2) и 16, 17 (фиг.3). Причем участки с полными винтовыми ребрами 16, 17 соседних участков 5,6 анкера являются продолжением друг друга по его длине.

Полные винтовые ребра располагаются в центральном угле α а неполные винтовые ребра в угле β (фиг. 2,3), где углы, α₅,β₅ и α₆,β₆ относятся к участкам 5,6 (фиг. 1). Внутренний диаметр частей анкера с полными винтовыми ребрами равен D_o, а наружный диаметр D (фиг. 2,3). Расстояние между противоположными участками 14-15 одной части анкера равно Н (фиг.2).

На фиг. 2,3 показано по два участка 10, 11 и 12, 13 с полными ребрами, при этом оси I-I и II-II расположены под углом 90^о, а в одном поперечном сечении анкера по А-А или по Б-Б полные винтовые ребра и неполные винтовые ребра следуют друг за другом в направлении окружности, например, 15-11-14-10 на фиг. 2 или 13-16-12-17.

На сечениях А-А и Б-Б на фиг. 2,3 показано два участка с полными ребрами и два участка с неполными ребрами.

Для избирательного сцепления полных ребер анкера с породой или с материалом в указанных поперечных сечениях можно располагать по три-четыре участка с полными ребрами и по три-четыре с неполными ребрами.

То есть на фиг. 2,3 будет иметь место соотношение размеров:
2 α + 2 β 360^о (2n) или 3 α + 3β=
360^о (2n) или 4 α + 4 β 360^о (2n). и т.д.

Для облегчения изготовления предлагаемого анкера на фиг. 4,5 показаны поперечные сечения заготовки с цилиндрическими поверхностями 18-21 перед образованием винтовых ребер. При этом фиг. 4 соответствует фиг.2, а фиг. 5 фиг.3.

Для обеспечения податливости анкера за счет увеличения его длины отдельные участки его корпуса следует изготовлять только с неполными ребрами по высоте. Выбор таких участков на длине осуществляется в соответствии с конкретными горно-геологическими условиями (типами пород, слоистостью и т.п. ). Например, поперечные сечения заготовок для таких участков следует делать меньшими, чем показано на фиг. 4, 5; порядка (0,8-0,95) Н₃ и (0,8-0,95) Н₃¹. После образования винтовых ребер на анкере эти участки будут иметь наружный диаметр Н. Это позволит избежать контакта винтовых ребер (на этих участках) со стенками шпура и обеспечить удлинение их при работе анкера.

Анкер работает следующим образом. В породе образуют шпур 22, в устье 23 которого вводят начальную часть анкера 3 и, вращая анкер за хвостовую часть 4, ввинчивают весь его в шпур на длину L. Винтовые ребра позволяют при вращении анкера по стрелке ωподаваться ему в шпур по стрелке V. Отслоившиеся кусочки породы от взаимодействия винтовых ребер со стенками шпура, размещаются над участками 14, 15, 16, 17 частей анкера, имеющих неполные ребра. Для уменьшения момента на завинчивание анкера стыки полных и неполных ребер выполнены по плавным кривым в местах М и К (см. фиг.2,3).

Кроме того, при изготовлении анкера в местах К и М имеет место утонение поперечного сечения профиля ребер.

Это все позволит осуществить вывинчивание анкера для повторного его использование или утилизации.

Полные винтовые ребра, противоположно расположенные на части анкера 5 входят в зацепление с частью цилиндрических стенок шпура с углом α₅, а полные винтовые ребра, противоположно расположенные на следующей части (ступени, участка) анкера 6 входят в зацепление также со стенками шпура с углом α₆ не являющейся продолжением цилиндрической поверхности с углом α₅ а попадающей в зону угла β₅.

Так участки с полными винтовыми ребрами чередуются (фиг. 6) на развертке поверхности корпуса анкера вдоль образующей 24-25, а между ними расположены участки 26-27 с неполными винтовыми ребрами.

Ширина С участка с винтовыми ребрами (см.фиг.6) равна:
С ( α₅ ˙D n):(2n) 0,5˙ α₅˙ D, рад
Ширина участка е (фиг.6) равна
е ( β₆˙ D) ˙ 0,5 рад.

Аналогично расположены винтовые поверхности 28, 29 и участки 30, 31.

Вся цилиндрическая поверхность на длине анкера l₅ состоит из участков с полными ребрами 28, 32 и участков 26, 33 с неполными винтовыми ребрами; они расположены последовательно 26-28-33-32 и чередуются: 26-28, 28-33, 32-26.

Это позволяет обеспечить "шахматную" (избирательную) схему сцепления полных винтовых ребер с внутренней поверхностью шпура и обеспечить соединение всех слоев породы или материалов по длине шпура.

В связи с этим повышается надежность скрепления пород и материалов.

На поверхности анкера уменьшена площадь F₃ с полными винтовыми ребрами. Это обеспечивает уменьшение момента М₃ на завинчивание предлагаемого анкера по сравнению с моментом М_n для известного анкера
(M_n P ˙F_n) > M₃ P ˙F₃, где Р удельный момент на завинчивание единицы площади с полными винтовыми ребрами (или единицы длины винтовой линии Δl);
F_n, F₃ общая площадь поверхности анкера с винтовыми ребрами.

Следует отметить, что вышеуказанное положение сохраняется и с другими расположением участков с винтовыми ребрами (см.развертками наружной поверхности анкера схему на фиг.7). Здесь по сравнению с фиг. 6 имеется на четыре, а уже шесть зон по окружности анкера. Такое расположение зон может повысить избирательность скрепления участков с полными винтовыми ребрами с внутренними стенками шпура.

С целью регулирования момента на завинчивание анкера и увеличения его общей длины L в анкере возможно различное соотношение углов и α и β и величины размера Н для различных горных пород или их сочетания на длине шпура, например:
α+β 180^о, а отношение α:β должно быть в пределах:
/α:β/ 0,5;
/α:β/ < 1.

При этом для различных горно-геологических условий с учетом возможных вариантов, с целью не превышения прочности анкера на срез, следует иметь возможность изменять размеры с учетом:
α_5<+><+><+>β₅;α₆β₆; l₅ l₆; а также α'β' и α''β''
То есть предлагаемый анкер является весьма универсальной конструкцией и обеспечивает различные режимы работы в части сцепления участков с полными винтовыми ребрами по окружности и по его длине со стенками шпура для разных типов горных пород.

Использование предлагаемого анкера позволит повысить надежность крепления, снизить момент на завинчивание, а совокупности снизить трудоемкость работ, уменьшить массу и габариты установки для завинчивания анкеров, а также повысить технико-экономический эффект от использования предлагаемого анкера.

Данный анкер позволяет увеличить величину анкерования пород или строительных материалов, а также расширить область применения анкерного крепления, особенно в угольной промышленности.

Анкер предназначен для скрепления горных пород и строительных материалов в угольной, горно-рудной, строительной и военной отраслей промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что анкер состоит из штанги, снабженной винтовыми ребрами, отличающейся тем, что для облегчения установки анкера за счет уменьшения момента на его завинчивание в шпур, а также повышения надежности скрепления слоев горных пород или строительных материалов, на корпусе штанги расположены участками и полные и неполные по высоте винтовые ребра, которые чередуются в шахматном порядке, а стыки полных и неполных ребер выполнены по плавным кривым, кроме того, на поверхности предусмотрен, по меньшей мере, один кольцевой участок-поясок с неполными винтовыми ребрами. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. АНКЕР, включающий штангу с винтовыми ребрами, отличающийся тем, что винтовые ребра выполнены в виде полных и неполных по высоте участков, расположенных в шахматном порядке. 2. Анкер по п. 1, отличающийся тем, что стыки полных и неполных ребер выполнены по плавным кривым. 3. Анкер по п.1, отличающийся тем, что на поверхности штанги выполнен по меньшей мере один кольцевой участок с неполными винтовыми ребрами.