СПОСОБ УСТАНОВКИ АНКЕРА ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к креплению горных выработок анкерами глубокого заложения.

Анкерная крепь глубокого заложения необходима для того, чтобы подвесить заштангованную толщу пород к верхним, более прочным слоям или структурным блокам пород, тем самым уменьшить деформации изгиба, расслоения и смещения пород в грузонесущей конструкции, искусственно сформированной в кровле выработки при закреплении ее анкерами типового размера длиной 1,8 м.

Известен способ установки сталеполимерных анкеров (RU, Пат.№2262599, МПК E21D 20/00, опубликован 2005.10.20), включающий бурение шпуров, введение в шпур одной или нескольких ампул, ввод анкера в сборе, состоящего из стержня, крепежной гайки, кольца упора, опорной и сферической шайб, вращение анкера до разрушения ампул, перемешивание химических компонентов, затягивание гайки после полимеризации. Вращающим моментом бурильной машины через насадку свинчивают крепежную гайку до упора, продолжают вращать стержень анкера за крепежную гайку, навинченную на резьбовой хвостовик стержня анкера и зафиксированную от сворачивания кольцом-упором, установленным на торце резьбового хвостовика стержня анкера, при этом бурение шпура и установку анкера производят одним механизмом, например телескопным перфоратором «левого» вращения.

К недостатку известного способа установки сталеполимерных анкеров можно отнести то, что она не обеспечивает крепление горного массива на большую глубину. Данный способ используется для крепления горных выработок на глубину до 2 метров, однако, при больших пролетах кровли выработок, при креплении кровли сопряжений выработок, при наличии неустойчивых пород в кровле, при долгом сроке эксплуатации горной выработки, а также в качестве сейсмостойкой анкерной крепи при ведении горных работ в условиях динамических проявлений горного давления необходимо применение анкерной крепи глубокого заложения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ установки анкера глубокого заложения (RU, патент №2172409, МПК E21D 21/00, опубликован 2001.08.2, принят за прототип), заключающийся в следующем: в пробуренный в горном массиве шпур (скважину) вводится 1-2 ампулы с химическим скрепляющим составом, подаваемые и поддерживаемые в скважине первым стержневым отрезком, который контактирует с ампулами скосом на его глубинном конце. Перед введением первого отрезка стержня в скважину на него, на стыковочную часть, накручивается до отказа резьбовая муфта. После введения в скважину первого отрезка в муфту закручивается второй стержневой отрезок своим стыковочным участком. При закручивании торцовая часть первого отрезка стержня входит в силовой контакт с аналогичной частью второго отрезка. Зазоры в резьбовом соединении выбираются, а соединительный участок стержневых отрезков на всей длине муфты становится предварительно напряженным, в сечении по плоскости контакта торцов стержневых отрезков, первого и второго, и муфты происходят сложные силовые взаимодействия. Далее составной стержень анкера соединяют со сверлом или каким-либо другим адаптером (вращателем), подают в шпур до его конца. Стержень анкера, вращаясь, своим скошенным концом разрушает оболочки ампул, химический состав перемешивается и быстро начинает затвердевать, закрепляя стержень анкера в шпуре. Прекращение вращения стержня происходит автоматически, по мере набора прочности твердеющим составом происходит срез калибровочной шпонки.

Однако данный способ крепления не применим для установки цельного анкера глубокого заложения. В известном способе используют комбинированный анкер, составной стержень из нескольких отрезков, соединенных между собой резьбовыми муфтами. Резьба муфт и стыковочных частей анкера, выполненная с особыми условиями, делает известный способ установки анкера глубокого заложения металлоемким, сложным по исполнению. Стоимость анкера увеличивается за счет того, что каждая муфта выполнена из более качественной стали, чем стержень анкера. Процесс нарезки резьбы, изготовление соответствующих муфт, сборка анкера при установке - все это затратные моменты как по времени, так и по средствам. К недостаткам известного комбинированного анкера относится и то, что прочность металла при термообработке уменьшается, что снижает несущую способность анкерной крепи, особенно при взрывных работах или при горном ударе.

Таким образом, к недостаткам этого способа можно отнести сложность изготовления анкера, высокую его стоимость, а также снижение несущей способности анкера.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке способа установки анкеров глубокого заложения, отвечающего требованиям надежности, экономичности по средствам и времени, простоты исполнения.

Технический результат достигается за счет механизации тяжелого ручного труда при установке цельного стержневого анкера с помощью устройства для досылки анкера в шпур.

Для решения поставленной задачи в известном из прототипа способе установки анкера глубокого заложения, включающем бурение шпура, введение в шпур необходимого числа ампул с химической твердеющей смесью и анкера, состоящего из стержня с элементами крепления в виде опорной шайбы и головки, разрушение ампул и перемешивание смеси глубинным заостренным концом анкера посредством его вращения, его удержание в шпуре до полной полимеризации смеси, согласно изобретению заостренный конец анкера, длина которого превышает высоту выработки, вводят в шпур, а другой конец оставляют на почве выработки, при помощи заостренного металлического стержня, имеющего длину, равную ходу подачи телескопного перфоратора, соединяют в «замок» стержень анкера и опорную шайбу, усилием телескопного перфоратора перемещают «замок» к устью шпура, обеспечивая перемещение анкера вдоль последнего, операцию перемещения повторяют до получения возможности соединения перфоратора с головкой анкера, за которую производят вращение анкера, при этом бурение шпура и установку анкера глубокого заложения производят одним телескопным перфоратором.

Кроме того, бурение шпура проводят в два этапа, первоначально бурят шпур на длину штанги, затем при помощи комплекта штанг и переходных конусных муфт производят добуривание шпура до необходимой длины.

Причем заостренные концы анкера и металлического стержня выполняют в виде четырехугольной пирамиды с острым углом в осевом сечении, а головку анкера штампуют с помощью матрицы в соответствии с углублением во вращателе перфоратора.

В отличие от прототипа в шпур вводят цельный анкер, который находится в изогнутом напряженном состоянии, так как длина анкера превосходит высоту выработки и дослать его вручную в шпур практически невозможно, досылку анкера в шпур выполняют при помощи заостренного металлического стержня, имеющего длину, равную ходу подачи телескопного перфоратора. Стержень анкера и опорную шайбу с помощью металлического стержня соединяют в «замок», затем усилием телескопного перфоратора «замок» перемещают к устью шпура. Операцию перемещения повторяют до тех пор, пока не появится возможность вставить головку анкера, за которую производят его вращение, в углубление во вращателе перфоратора. Анкер вращают до полного разрушения ампул, перемешивания химических компонентов и их затвердевания.

Таким образом, трудоемкий процесс ввода и досылки анкера глубокого заложения механизирован. Целостность анкера, установленного с применением ампул с твердеющим составом, обеспечивает его равнопрочность по всей длине, надежную несущую способность. Заостренный металлический стержень прост в изготовлении, легко и быстро монтируется в «замок» и демонтируется, делает процесс установки анкера глубокого заложения экономичным по средствам и времени. Бурение шпура и установка анкера глубокого заложения, выполненные одним телескопным перфоратором, упрощают процесс крепления горной выработки.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Применяемая в настоящее время анкерная крепь глубокого заложения представляет собой штангу из стержня периодического профиля из стали класса A-III с номинальным диаметром 16-18 мм с проштампованной «на горячую» головкой для удержания опорной плитки необходимого типоразмера.

Анкерная крепь глубокого заложения длиной 3,5 м устанавливается на цементно-песчаный раствор, нагнетаемый с помощью сжатого воздуха, в шпуры диаметром 40-55 мм.

Недостатком этого способа является трудоемкость процесса. Бурение шпура длиной 3,5 м, диаметром 40-55 мм производится по норме времени 0,764 часа или 46 мин. Трудоемкий процесс приготовления вручную песчано-цементного раствора, использование устаревшего нетехнологического оборудования для нагнетания раствора в шпур, увеличенный расход сжатого воздуха, установка вручную анкера в шпур, длина которого превышает высоту выработки - все это отрицательные моменты применяемой технологии установки анкерной крепи глубокого заложения. Норма времени на установку - 0,244 часа. Общее время: бурение+установка - 1,008 часа на один анкер. При этом затвердевание раствора в шпуре до минимально необходимой прочности 60-80% происходит на 7 сутки, а 100% кристаллизация раствора происходит на 28 сутки после установки крепления. За это время незакрепленная этим видом крепи кровля выработок может претерпеть критические деформации разрушения.

Специалистами шахты «Кальинская» ОАО «СУБР» разработан способ установки сталеполимерной анкерной крепи глубокого заложения, который является технологичным, отвечает требованиям безопасного ведения горных работ. Анкеры длиной 3,5 м, установленные с применением полимербетонных ампул, обладают высокой несущей способностью, вступают в работу сразу после установки, препятствуют развитию деформации пород.

Бурится шпур коронкой диаметром 28 мм, длиной 3,5 м в три раза быстрее, чем шпур той же длины коронкой диаметром 40-55 мм. Время бурения, по данным хронометража, составляет 15 минут.

Устанавливается анкер из стержня периодического профиля с номинальным диаметром 20 мм совместно с полимерными ампулами, который изогнуть при установке вручную в невысокой выработке практически невозможно, в отличие от анкеров на цементно-песчаном растворе с номинальным диаметром 16-18 мм.

При установке используется телескопный перфоратор ПТ-48, в отличие от ручной установки анкеров на цементно-песчаный раствор.

Общее время установки сталеполимерного анкера длиной 3,5 м составляет в среднем 6 минут, а время на установку такого же анкера на цементно-песчаном растворе составляет в среднем 15 минут, норма времени на установку сталеполимерного анкера длиной, равной 3,5 м: бурение + установка - 0,679 часа.

Описание процесса крепления сталеполимерной анкерной крепью глубокого заложения

Технология бурения

Первоначально бурят шпур коронкой диаметром 28 мм телескопным перфоратором ПТ-48 на длину 1,8 м обычным способом при помощи комплекта буровых штанг 5, фиг.1 («номеров»). Затем в пробуренный шпур вставляют конусную буровую штангу с коронкой и при помощи комплекта номеров и переходных конусных муфт производят добуривание скважин до необходимой длины 3,5 м.

Технология установки, фиг.1 (общий вид), узел А фиг.1 изображен на фиг.2.

В пробуренный шпур 1 вводят вручную необходимое количество ампул 6, например 5 штук, которые удерживают от выпадения стопорными кольцами (на чертеже не показано). Затем в шпур заводят глубинный заостренный конец анкера 2, при этом анкер контурным концом лежит на почве выработки, а сам стержень анкера находится в изогнутом упругом состоянии. Потом при помощи заостренного металлического стержня 4 (узел А), длина которого равна ходу подачи телескопного перфоратора ПТ-48, длина 0,45 м, соединяют в «замок» стержень анкера 2 и опорную шайбу 7. Соединение в «замок» необходимо для перемещения анкера в шпур при помощи усилия телескопного перфоратора 3. Далее «замок» перемещают к устью шпура при помощи перфоратора ПТ-48, тем самым обеспечивается ввод анкера в шпур. Операцию повторяют 5-7 раз, пока под анкер можно будет завести вращатель, с помощью которого при вращении анкера размешивается полимербетонный состав. Телескопный перфоратор устанавливают соосно со шпуром. Анкеры длиной 3,5 м из стали A-III-20 изготавливают в механической мастерской шахты. Головка 8 специального профиля под вращатель с плоским углублением штампуют с помощью матрицы. Для удобства беспрепятственного ввода анкера в шпур глубинный конец анкера заостряют в виде четырехугольной пирамиды.

Заостренный металлический стержень изготавливают из буровой стали или шестигранника диаметром 22 мм. Заостренный конец металлического стержня выполняют также в виде четырехугольной пирамиды.

Испытания несущей способности анкеров длиной 3,5 м с закреплением на полимербетонные ампулы показали, что они выдерживают нагрузку, равную разрывному усилию стержня в пределах 15-17 тонн (150-170 кН).

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к креплению горных выработок анкерами глубокого заложения. Обеспечивает надежность, экономичность по средствам и времени, простоту исполнения за счет механизации тяжелого ручного труда при установке цельного стержневого анкера с помощью устройства для досылки анкера в шпур. Способ включает бурение шпура, введение в шпур необходимого числа ампул с химической твердеющей смесью. Далее заостренный конец анкера, длина которого превышает высоту выработки, вводят в шпур, а другой конец оставляют на почве выработки. При помощи заостренного металлического стержня, имеющего длину, равную ходу подачи телескопного перфоратора, соединяют в "замок" стержень анкера и опорную шайбу анкера. Усилием телескопного перфоратора перемещают "замок" к устью шпура. Операцию перемещения повторяют до получения возможности соединения перфоратора с головкой анкера, за которую производят вращение анкера для разрушения и перемешивания ампул. Анкер удерживают в шпуре до полной полимеризации смеси. Бурение шпура и установку анкера глубокого заложения производят одним телескопным перфоратором. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ установки анкера глубокого заложения, включающий бурение шпура, введение в шпур необходимого числа ампул с химической твердеющей смесью и анкера, состоящего из стержня с элементами крепления в виде опорной шайбы и головки, разрушение ампул и перемешивание смеси глубинным заостренным концом анкера посредством его вращения, его удержание в шпуре до полной полимеризации смеси, отличающийся тем, что заостренный конец анкера, длина которого превышает высоту выработки, вводят в шпур, а другой конец оставляют на почве выработки, при помощи заостренного металлического стержня, имеющего длину, равную ходу подачи телескопного перфоратора, соединяют в "замок" стержень анкера и опорную шайбу, усилием телескопного перфоратора перемещают "замок" к устью шпура, обеспечивая перемещение анкера вдоль последнего, операцию перемещения повторяют до получения возможности соединения перфоратора с головкой анкера, за которую производят вращение анкера, при этом бурение шпура и установку анкера глубокого заложения производят одним телескопным перфоратором.2. Способ установки анкера глубокого заложения по п.1, отличающийся тем, что бурение шпура проводят в два этапа, первоначально бурят шпур на длину штанги, затем при помощи комплекта штанг и переходных конусных муфт производят добуривание шпура до необходимой длины.3. Способ установки анкера глубокого заложения по п.1, отличающийся тем, что головку анкера штампуют с помощью матрицы в соответствии с углублением во вращателе перфоратора.4. Способ установки анкера глубокого заложения по п.1, отличающийся тем, что заостренные концы анкера и металлического стержня выполняют в виде четырехугольной пирамиды с острым углом в осевом сечении.