АНКЕР Российский патент 2003 года по МПК E21D21/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к конструкции анкера.

Известен анкер /1/, грузонесущий стержень которого имеет периодический профиль с наклоном относительно продольной оси стержня с одной стороны стержня, например справа налево, а с другой - слева направо. Профиль необходим для оптимизации передачи нагрузки и увеличения контактного сцепления с закрепляющим материалом.

Недостаток анкера состоит в том, что при вращении анкера в период перемешивания смолы с отвердителем по часовой стрелке поверхность грузонесущего стержня анкера одной стороной перемещает смолу к устью скважины, а другой к забою, что обусловливает неплотную структуру закрепляющего материала с разрывом сплошности и снижает сдвиговую прочность.

Известен также арматурный анкер /2/, периодический профиль которого выполнен в виде правого винта. Натяжная гайка имеет резьбу с теми же размерами, что и профильный винт, и накручивается на грузонесущий стержень вращением по часовой стрелке.

Недостаток анкера состоит в том, что при подаче анкера к забою скважины с вращением смола перемещается в целом к дну скважины, а затем, после досылки головки анкера до дна скважины при продолжении операции перемешивания смолы с отвердителем, профиль стержня анкера перемещает смолу к устью скважины. Вследствие этого анкер имеет неплотную структуру закрепляющего материала с разрывом сплошности, что снижает сдвиговую прочность закрепления.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка.

Этот недостаток устраняется тем, что в анкере, включающем грузонесущий стержень со шнеком на головном конце и хвостовиком с профильной поверхностью в виде углублений и ребер, закрепленный в скважине цементирующейся минеральной композицией или смолой, опорные элементы и гайку на хвостовике анкера, углубления и ребра профильной поверхности наклонены слева направо к устью скважины относительно продольной оси стержня, а направление винтовой линии шнека головки анкера противоположно направлению углублений и ребер профильной поверхности грузонесущего стержня анкера. Опорный элемент хвостовика анкера выполнен в виде головки бота. Наклон углублений профильной поверхности грузонесущего стержня анкера при вращении анкера по часовой стрелке обеспечивает перемещение закрепляющей смеси в сторону забоя скважины, а направление винтовой линии шнека головки - к устью скважины. Это уплотняет структуру закрепляющего материала, устраняет разрывы сплошности, выдавливает пузырьки воздуха из закрепляющего материала. Закрепляющий материал, вследствие уплотнения приобретает более высокую механическую прочность, что увеличивает несущую способность анкера, повышает качество упрочнения (консолидации) приконтурного массива выработок.

Необходимость вращения анкера по часовой стрелке обусловлена тем, что буровая техника (электросверла, буровые гидравлические, пневматические машины), коронки приспособлены для вращения по часовой стрелке. Буровые машины с вращением по часовой стрелке используются также для осуществления предварительного натяжения Для этого на хвостовике анкера выполняется специальная резьба под опорный элемент гайку. Для того чтобы исключить операцию закручивания гайки при предварительном натяжении, хвостовик анкера выполняют в виде головки болта. В таком случае установку анкера в скважине и его закрепление осуществляют путем подачи и вращения анкете с подпором этой же буровой машиной. После времени ожидания отверждения закрепляющей смеси подпор снимают. Предварительное натяжение анкера после снятия подпора осуществляют упругие опорные элементы анкерной крепи.

Реализация предложения повышает качество крепления за счет ориентации углублений и ребер профиля, обеспечивающей уплотнение отверждающихся составов в кольцевом зазоре между стержнем анкера и стенками скважины при вращении буровой машины по часовой стрелке.

Выполнение хвостовика анкера в виде головой болта позволяет исключить операцию накручивания гайки на хвостовик анкера, что повышает производительность крепления - если накручивать гайку на винтовой профиль с предлагаемым направлением, то необходимо гайку вращать против часовой стрелки (к чему не приспособлены буровые машины). Для накручивания стандартной гайки путем вращения по часовой стрелке необходимо выполнять резьбу на хвостовике.

Выбор направления винтовой линии шнека на головке противоположного направлению линии углублений и ребер профильной поверхности грузонесущего стержня необходим для снижения усилия подачи анкера с вращением, а также для уплотнения закрепляющего материала, особенно при перебуре длины скважины. В таком случае анкер ввинчивается в закрепляющий материал ампул и предотвращает поступление смолы в свободное пространство перебура.

Анализ источников информации позволяет делать заключение о том, что предлагаемое изобретение отвечает требованиям новизны, при этом достигается технический результат, состоящий в получении плотной структуры закрепляющего материала за счет ориентации профиля стержня противоположной шнеку головки анкера. Кроме того, за счет выполнения хвостовика анкера в виде головки болта достигается дополнительно следующий результат: экономится время на закрепление анкера.

Сущность предложения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена конструкция анкера с хвостовиком, выполненным в виде головки болта.

На фиг. 2 представлена конструкция анкера с хвостовиком, выполненным с метрической резьбой и гайкой.

Анкер состоит из грузонесущего стержня (фиг.1, 2) с головкой в виде шнека 2, содержащего опорный элемент 3 на хвостовике. Поверхность грузонесущего стержня анкера выполнена профильной с наклоном углублений и ребер слева направо в сторону устья скважины относительно продольной оси анкера, противоположным направлению шнека головки.

Такое выполнение необходимо для перемещения закрепляющих утверждающихся составов к забою скважины в процессе вращения анкера при его установке (подаче) в скважину и при перемешивании смолы с отвердителем после досылки анкера до забоя скважины, с тем чтобы получилась плотная структура закрепляющего материала. Опорный элемент анкера 3 (фиг.1) выполнен в виде шестигранной головки болта. Это исключает операцию накручивания гайки на грузонесущий стержень 1.

В анкерах глубокого заложения хвостовик выполняется с обычной метрической резьбой и гайкой 3 (фиг.2), т.к. в таких случаях требуется значительное предварительное натяжение (до 50% от номинальной нагрузки).

Головка анкера выполнена в виде шнека 2. Направление винтовой линии шнека выполнено противоположным направлению линии углублений и ребер профильной поверхности грузонесущего стержня анкера. Это необходимо для уплотнения закрепляющего материала а также для снижения усилий подачи буровой машины при досылке анкера с вращением до дна скважины через закрепляющий материал.

Процесс закрепления осуществляется в следующей последовательности. После бурения скважины (шпура) на грузонесущий стержень 1 через головку 2 анкера надевается опорный элемент, например полусферическая шайба, которая находит опору на хвостовике 3 в виде головки болта. В скважину через отверстие подхвата вводится несколько ампул с закрепляющим материалом. Затем анкером 1 ампулы досылаются до упора первой в забой (дно) скважины, присоединяют к xвостовике анкера посредством переходной муфты буровую машину и включают ее. Буровая машина начинает вращать анкер и подавать его до упора опорной шайбы в подхват. Затем вращают анкер без подачи с целью качественного перемешивания смолы с отвердителем. При этом крутящий момент от буровой машины к стержню анкера передается через переходную муфту и шестигранную болтовую головку 3 на хвостовике. После операции перемешивания анкер удерживается в поджатом состоянии в течение времени ожидания отверждения. После окончания операции "время ожидания отверждения" снимается подпор буровой машины, она отсоединяется от анкера. После снятия подпора упругие элементы (подхват, опорная шайба) осуществляют предварительное натяжение анкера 1. Затем аналогично устанавливают другой анкер.

Реализация предложения о направлении профильной линии углублений и ребер на поверхности анкера противоположным направлению шнека головки обеспечивает перемещение закрепляющего материала профилем поверхности анкера к забою скважины, а шнеком - к устью. Таким образом, получается плотная структура закрепляющего материала без разрыва сплошности, что повышает механическую прочность закрепляющего материала, повышает прочность закрепления анкера, его упрочняющую горный массив функцию. Выполнение хвостовика анкера в виде головки болта необходимо для исключения операции накручивания гайки, что повышает производительность закрепления. Выполнение хвостовика анкера в стандартном исполнении с метрической резьбой и гайкой при необходимости не устраняет преимущество первого основного признака, а также полезность третьего признака изобретения.

Источники информации
1. Анкерная крепь: Справочник/ Широков А.П., Лидер В.А., Дзауров М.А. и др. - М., Недра, 1990, с, 51.

2. Патент WO 9505525 от 23.02.95 г. Штанга штангговой крепи. Изобретения стран мира. Вып. 063 05/96.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к креплению контура горных выработок анкерами. Анкер включает грузонесущий стержень со шнеком на головном конце и хвостовиком, с профильной поверхностью в виде углублений и ребер, закрепленный в скважине цементирующейся минеральной композицией или смолой, опорные элементы и гайку на хвостовике анкера. Углубления и ребра профильной поверхности наклонены слева направо к устью скважины относительно продольной оси стержня, а направление винтовой линии шнека головки анкера противоположно направлению углублений и ребер профильной поверхности грузонесущего стержня анкера. Опорный элемент хвостовика анкера может быть выполнен в виде головки болта. Задачей изобретения является повышение прочности закрепления и несущей способности анкера, а также повышение качества упрочнения приконтурного массива. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Анкер, включающий грузонесущий стержень со шнеком на головном конце и хвостовиком, с профильной поверхностью в виде углублений и ребер, закрепленный в скважине цементирующейся минеральной композицией или смолой, опорные элементы и гайку на хвостовике анкера, отличающийся тем, что углубления и ребра профильной поверхности наклонены слева направо к устью скважины относительно продольной оси стержня, а направление винтовой линии шнека головки анкера противоположно направлению углублений и ребер профильной поверхности грузонесущего стержня анкера. 2. Анкер по п. 1, отличающийся тем, что опорный элемент хвостовика анкера выполнен в виде головки болта.