АНКЕР Российский патент 2004 года по МПК E21D21/00 

Техническое решение относится к горному делу, а именно к устройствам для предварительного анкерного крепления горных выработок и подземных сооружений до возведения в них постоянной крепи.

Известен крепежный элемент (патент США №3805533, Е 21 D 20/02, опубл. 23 апреля 1974, fig.1), включающий грузонесущий стержень, на замковом конце которого выполнена резьба, на резьбу навинчена гайка, к которой примыкает своим торцом цилиндрическая шайба, взаимодействующая с цилиндрической распорной втулкой, которая противоположным своим торцом примыкает к цилиндрической опорной шайбе, жестко закрепленной на грузонесущем стержне, причем в одном из вариантов цилиндрическая распорная втулка может быть изготовлена из пористого материала, например войлока, пропитанного клеевым составом.

Недостатком известного устройства является сложность стопорения гайки в шпуре и незначительная прочность материала цилиндрической распорной втулки, что существенно снижает несущую способность анкера и уменьшает надежность его закрепления в шпуре.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является анкер (а.с. СССР №1344909, Е 21 D 21/00, опубл. в БИ №38, 1987), включающий грузонесущую штангу с кольцевым упором и эксцентрично навинченной на замковом конце гайкой, эксцентричную опорную шайбу и разрушаемую втулку из термически закаленного стекла, эксцентрично установленную на штанге между гайкой и эксцентричной опорной шайбой, которые в свою очередь имеют на торцах шипы для взаимодействия с втулкой.

Недостатком известного устройства является относительно малая прочность и повышенная хрупкость материала разрушаемой втулки - стекла, чем обусловлена относительно малая сила трения скольжения по крепким горным породам, образующихся при разрушении втулки гранул сыпучего материала. Это снижает несущую способность анкера. Самопроизвольное изменение плотности упаковки гранул сыпучего материала после затяжки замка под воздействием вибрации, динамических нагрузок от взрывных работ и воды в массиве горных пород снижает надежность закрепления анкера в шпуре. Передача крутящего момента через выступающий в выработку хвостовик грузонесущей штанги требует применения относительно большего диметра грузонесущей штанги для обеспечения ее жесткости, чем это необходимо для обеспечения проектной несущей способности. Как следствие - велика металлоемкость конструкции. Это, так же как и сложность технологии изготовления гайки с шипами на торце разрушаемой втулки из термически закаленного стекла и эксцентричной опорной шайбы с шипами на торце, определяет относительно высокие затраты на изготовление анкера. При механизированной установке анкера возможна затяжка гайки до такой степени, что происходит срезание резьбы и разрушение анкера.

Техническая задача - повышение надежности закрепления анкера, повышение его несущей способности, снижение затрат на изготовление анкера и создание благоприятных условий для механизации возведения крепи за счет упрощения конструкции и обеспечения оптимального режима затяжки замка анкера.

Поставленная задача решается тем, что в анкере, включающем грузонесущую штангу с кольцевым упором, навинченной на ее замковом конце гайкой и установленной между эксцентричной опорной шайбой и гайкой и взаимодействующей с эксцентричной опорной шайбой эксцентричной разрушаемой втулкой, согласно техническому решению, между гайкой и эксцентричной разрушаемой втулкой установлена взаимодействующая с последней эксцентричная зажимная шайба, неподвижно соединенная с гайкой посредством предохранительного фиксатора. Между кольцевым упором и эксцентричной опорной шайбой установлена контргайка, неподвижно соединенная с указанным кольцевым упором посредством дублирующего фиксатора. Эксцентричная разрушаемая втулка изготовлена из прочного гранулированного материала, поровое пространство которого заполнено пористым эластичным материалом, пропитанным клеевым составом.

При этом достигается повышение надежности закрепления анкера за счет внедрения прочного гранулированного материала эксцентричной разрушаемой втулки в трещины, поры и шероховатости стенок шпура при затяжке замка анкера. Повышение надежности закрепления и несущей способности анкера достигается за счет склеивания клеевым составом между собой гранулированного материала, горной породы и грузонесущей штанги, вследствие чего исключается влияние вибрации, динамических нагрузок и воды на плотность упаковки гранул сыпучего материала. Установка между гайкой и эксцентричной разрушаемой втулкой эксцентричной зажимной шайбы, неподвижно соединенной с гайкой посредством предохранительного фиксатора, а между кольцевым упором и эксцентричной опорной шайбой - контргайки, неподвижно соединенной с кольцевым упором посредством дублирующего фиксатора, создает благоприятные условия для механизации возведения крепи за счет обеспечения сохранности резьбы при затяжке анкера. Тем самым достигается одновременное повышение надежности закрепления и несущей способности анкера за счет обеспечения оптимального режима затяжки его замка. Простота конструкции гайки разрушаемой втулки и опорной шайбы способствует снижению затрат на изготовление анкера.

Целесообразно предохранительный и дублирующий фиксаторы выполнять в виде срезных шпонок, установленных в соответствующих им пазах соединяемых деталей.

Этим достигается достаточная степень точности и достоверности при расчете срезающего усилия предохранительного и дублирующего фиксаторов, за счет чего дополнительно повышается надежность закрепления анкера и достигается оптимальный режим затяжки замка анкера, соответствующий максимальной его несущей способности.

Целесообразно предохранительный фиксатор выполнять удлиненным и закреплять так, чтобы длина L его части, выступающей за замковый конец грузонесущей штанги, отвечала условию

L=H(1-D2в

где Н - высота эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_в - диаметр эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_ш - диаметр шпура, м.

Этим достигается полнота выдвижения конца грузонесущей штанги при ввинчивании в гайку за счет автоматического обеспечения технологически необходимого расстояния L до дна шпура, дополнительно повышается надежность закрепления анкера в шпуре при механизированной установке, повышается несущая способность анкера за счет более равномерной затяжки его замка.

Целесообразно в качестве прочного гранулированного материала эксцентричной разрушаемой втулки использовать материал, твердость которого больше средней твердости горной породы вокруг шпура на 1-2 единицы по шкале Мооса.

При этом достигается повышение несущей способности анкера за счет внедрения прочного гранулированного материала при затяжке его замка не только в трещины, поры и шероховатости стенок шпура, но и в материал горной породы.

Целесообразно в качестве пористого эластичного материала эксцентричной разрушаемой втулки использовать поролон.

Использование этого материала, легко пропитываемого различными клеевыми составами и столь же легко отдающего их при внешнем воздействии, позволяет облегчить выдавливание на стенки шпура клеевого состава из пористого эластичного материала в поровом пространстве прочного гранулированного материала при затяжке замка анкера. Это улучшает условия приклеивания к горным породам замка анкера, вследствие чего достигается повышение несущей способности анкера.

Целесообразно эксцентричную разрушаемую втулку снабжать съемным чехлом из материала с низким коэффициентом трения скольжения, например полиэтилена.

Это исключает возможность разрушения и повреждения эксцентричной разрушаемой втулки при транспортировке, что повышает надежность закрепления анкера механизированным способом.

Целесообразно съемный чехол снабжать концентрическим выступом на внешней поверхности со стороны, обращенной к замковому концу грузонесущей штанги.

Этим облегчается снятие съемного чехла в процессе введения анкера в шпур, что создает благоприятные условия для механизации возведения крепи, так как оно осуществляется автоматически путем взаимодействия концентрического выступа с устьем шпура при закреплении анкера механизированным способом.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного использования и чертежами, где на фиг.1 показан общий вид анкера в разрезе при транспортировке; на фиг.2 - анкер в исходном положении в шпуре и фиг.3 - конечная стадия установки анкера в шпуре.

Анкер (фиг.1) содержит грузонесущую штангу 1, на замковом конце которой выполнена резьба 2 и навинчена гайка 3, неподвижно соединенная посредством предохранительного фиксатора 4 с эксцентричной зажимной шайбой 5. С эксцентричной зажимной шайбой 5 взаимодействует своим торцом эксцентричная разрушаемая втулка 6, изготовленная из прочного гранулированного материала 7, поровое пространство которого заполнено пористым эластичным материалом 8, пропитанным клеевым составом. Эксцентричная разрушаемая втулка 6 взаимодействует другим своим торцом с эксцентричной опорной шайбой 9, которая в свою очередь взаимодействует с контргайкой 10, неподвижно соединенной с кольцевым упором 11 посредством дублирующего фиксатора 12. В качестве прочного гранулированного материала 7 эксцентричной разрушаемой втулки 6 наиболее эффективно использование материала, твердость которого больше средней твердости горной породы вокруг шпура на 1-2 единицы по шкале Мооса. В качестве пористого эластичного материала 8 эксцентричной разрушаемой втулки 6 наиболее эффективно использование поролона. Предохранительный фиксатор 4 может быть выполнен удлиненным (фиг.2) и закреплен так, чтобы длина L его части, выступающей за замковый конец грузонесущей штанги 1, отвечала условию

L=H(1-D2в

где Н - высота эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_в - диаметр эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_ш - диаметр шпура, м.

При транспортировке эксцентричная разрушаемая втулка 6 закрыта съемным защитным чехлом 13 из материала с низким коэффициентом трения скольжения, например, полиэтилена. Съемный защитный чехол 13 имеет концентрический выступ 14 на внешней поверхности со стороны, обращенной к замковому концу грузонесущей штанги 1. Анкер вводят в шпур 15 (фиг.2), при этом съемный защитный чехол 13 легко снимается в осевом направлении.

Рассмотрим работу анкера на конкретном примере реализации технического решения (фиг.2, 3). При введении устройства в шпур 15 (фиг.2) освобожденная от съемного защитного чехла 13, эксцентричная разрушаемая втулка 6 получает возможность взаимодействовать со стенками шпура 15. Анкер в шпуре 15 необходимо устанавливать на некотором расстоянии от его дна, чтобы обеспечить свободное технологическое пространство, необходимое для ввинчивания грузонесущей штанги 1 в гайку 3 по резьбе 2. В рассмотренном примере предохранительный фиксатор 4 выполнен удлиненным. Поэтому он упирается в дно шпура (фиг.2) и ограничивает осевое перемещение анкера так, что выступающая за замковый конец грузонесущей штанги 1 длина L предохранительного фиксатора 4, отвечает условию

L=H(1-D2в

где Н - высота эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_в - диаметр эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_ш - диаметр шпура, м.

Этим обеспечивается технологическое пространство в шпуре 15 (фиг.2), необходимое для ввинчивания грузонесущей штанги 1 в гайку 3 по резьбе 2.

Контргайке 10 сообщают вращательное движение, например, переходной трубчатой штангой (на фиг. не показана). Вращение передается от контргайки 10 через дублирующий фиксатор 12 грузонесущей штанге 1. Гайка 3, неподвижно соединенная посредством предохранительного фиксатора 4 с эксцентричной зажимной шайбой 5, остается неподвижной в шпуре 15 при ввинчивании грузонесущей штанги 1 по резьбе 2. При этом высота Н эксцентричной разрушаемой втулки 6 (фиг.2) уменьшается до величины h=Н-L (фиг.3), а ее диаметр D_в увеличивается до величины D_ш, и происходит закрепление замка анкера в шпуре 15. Прочный гранулированный материал 7 эксцентричной разрушаемой втулки 6, твердость которого больше средней твердости горной породы вокруг шпура 15 на 1-2 единицы по шкале Мооса (может применяться чугунная дробь, корунд и т.п.), внедряется в трещины, поры, шероховатости стенок шпура 15 и горную породу стенок шпура 15. Пористый эластичный материал 8 (поролон, войлок, пенополиуретан и т.п.) эксцентричной разрушаемой втулки 6 деформируется и происходит выдавливание клеевого состава (эпоксидная или подобная ей смола) на стенки шпура 15.

При достижении предельного усилия затяжки замка анкера предохранительный фиксатор 4, выполненный в виде срезной шпонки, срезается. Это предохраняет резьбу 2 от повреждения и повышает надежность закрепления анкера при механизированной его установке. Сразу прекращается подача вращения на контргайку 10. Инерция механизмов вращения в момент остановки гасится срезанием дублирующего фиксатора 12, вследствие чего грузонесущая штанга 1 сразу прекращает вращение, а контргайка 10 перераспределяет усилие затяжки по длине замка анкера.

Анкер (фиг.3) установлен и готов к принятию осевой нагрузки, а твердение клеевого состава с течением времени приводит к дальнейшему повышению надежности закрепления анкера и его несущей способности.

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для предварительного анкерного крепления горных выработок и подземных сооружений до возведения в них постоянной крепи. Задачей изобретения является повышение надежности закрепления анкера, повышение его несущей способности, снижение затрат на изготовление анкера и создание благоприятных условий для механизации возведения крепи. Анкер включает грузонесущую штангу с кольцевым упором, навинченной на ее замковом конце гайкой и установленной между эксцентричной опорной шайбой и гайкой и взаимодействующей с эксцентричной опорной шайбой эксцентричной разрушаемой втулкой. Между гайкой и эксцентричной разрушаемой втулкой установлена взаимодействующая с последней эксцентричная зажимная шайба, неподвижно соединенная с гайкой посредством предохранительного фиксатора. Между кольцевым упором и эксцентричной опорной шайбой установлена контргайка, неподвижно соединенная с указанным кольцевым упором посредством дублирующего фиксатора. Эксцентричная разрушаемая втулка изготовлена из прочного гранулированного материала, поровое пространство которого заполнено пористым эластичным материалом, пропитанным клеевым составом. Предохранительный и дублирующий фиксаторы могут быть выполнены в виде срезных шпонок, установленных в соответствующих им пазах соединяемых деталей. Предохранительный фиксатор может быть выполнен удлиненным с выступающей частью. В качестве прочного гранулированного материала эксцентричной разрушаемой втулки может быть использован материал, твердость которого больше средней твердости горной породы вокруг шпура на 1-2 единицы по шкале Мооса, а в качестве пористого эластичного материала - поролон. Эксцентричная разрушаемая втулка может быть снабжена съемным чехлом из материала с низким коэффициентом трения скольжения, например, полиэтилена. Съемный чехол снабжен концентрическим выступом на внешней поверхности со стороны, обращенной к замковому концу грузонесущей штанги. 6 з.п. ф-лы,3 ил.

1. Анкер, включающий грузонесущую штангу с кольцевым упором, навинченной на ее замковом конце гайкой и установленной между эксцентричной опорной шайбой и гайкой и взаимодействующей с эксцентричной опорной шайбой эксцентричной разрушаемой втулкой, отличающийся тем, что между гайкой и эксцентричной разрушаемой втулкой установлена взаимодействующая с последней эксцентричная зажимная шайба, неподвижно соединенная с гайкой посредством предохранительного фиксатора, а между кольцевым упором и эксцентричной опорной шайбой установлена контргайка, неподвижно соединенная с указанным кольцевым упором посредством дублирующего фиксатора, причем эксцентричная разрушаемая втулка изготовлена из прочного гранулированного материала, поровое пространство которого заполнено пористым эластичным материалом, пропитанным клеевым составом.2. Анкер по п.1, отличающийся тем, что предохранительный и дублирующий фиксаторы выполнены в виде срезных шпонок, установленных в соответствующих им пазах соединяемых деталей.3. Анкер по п.1 или 2, отличающийся тем, что предохранительный фиксатор выполнен удлиненным и закреплен так, чтобы длина L его части, выступающей за замковый конец грузонесущей штанги, отвечала условию

L=H(1-D2в

где Н - высота эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_в - диаметр эксцентричной разрушаемой втулки, м;

D_ш - диаметр шпура, м.