Анкерный болт для горной породы Российский патент 2018 года по МПК E21D21/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к анкерному болту для укрепления горной породы, который описан в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Анкерный болт для укрепления горной породы представляет собой длинный анкерный болт, который применяют для укрепления горных разрезов, каверн и стенок тоннелей. Кроме того, на анкерном болте для укрепления горной породы, установленном по месту его крепления, могут быть подвешены разнообразные конструкции. Как правило, при укреплении горной породы применяют анкерную крепь в виде группы из нескольких анкеров, установленных на расстоянии друг от друга. Анкерная крепь обеспечивает скрепление поверхностной массы горной породы, которая может иметь трещины и включать валуны, повышая прочность и целостность внутренней части породы, тем самым, предотвращая ее обвал.

Как правило, анкерный болт для укрепления горной породы представляет собой так называемый болт с расширяющейся гильзой, содержащий стержень, выполненный из арматурной стали и имеющий на конце механический расширяющийся элемент. Расширение расширяющегося элемента обеспечивается посредством затягивающей гайки, распложенной на конце стержня, проходящего из скважины, причем в процессе затягивания гайки затягивающий элемент будет обеспечивать перемещение и затягивание клина или т.п. внутрь расширяющейся гильзы. Установку болта с расширяющейся гильзой выполняют путем высверливания длинной глухой скважины под каждый болт в стенке укрепляемой горной породы. Анкерный болт с расширяющейся гильзой вставляют в глухую скважину на заданную глубину. Затем указанный болт закрепляют по месту путем расширения расширяющегося элемента, расположенного на внутреннем, то есть переднем конце болта, прижимая указанный элемент к стенке скважины. И в завершение, вокруг анкерного болта в скважину вводят жидкий строительный раствор, такой как цемент или полимер, цементируя болт. При цементировании крепление становится более прочным.

Ближайший аналог описан в патентной заявке FI 20115182 и полезной модели FI-U9687.

Преимущества болта с расширяющейся гильзой включают непосредственную готовность сразу же после установки, высокую коррозионную устойчивость после цементирования и простоту установки. Без цементирования болт легко подвергается коррозии. Кроме того, цементирование может гарантировать, что болт будет выполнять свои функции при повреждении анкерного крепления на конце скважины.

Просачивание воды в скважину из мелких трещин в горной породе существенно затрудняет установку анкерного болта и введение жидкого строительного раствора. Вода может вытекать из скважины непрерывным потоком. Проблема заключается в том, что жидкий раствор вымывается вместе с водой. Кроме того, вода может оставаться в виде включений в скважине и внутри строительного раствора, ослабляя упрочнение и приводя к коррозии. Таким образом, невозможно обеспечить надлежащее цементирование протекающих скважин.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков.

В частности, цель изобретения заключается в создании анкерного болта для укрепления горной породы, обеспечивающего введение жидкого строительного раствора в скважину, имеющую протечки воды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Анкерный болт для укрепления горной породы, выполненный согласно изобретению, отличается признаками, изложенными в п. 1 формулы изобретения.

В настоящем описании выражение «внутренний» относится к той части, которая расположена глубже внутри горной породы в скважине по сравнению с другой частью, называемой «наружной».

Анкерный болт для укрепления горной породы, выполненный согласно изобретению, содержит:

- стержень с внутренним концом, предназначенным для введения в скважину, и с наружным концом, проходящим наружу из скважины и имеющим наружную резьбу,

- опорную пластину, поддерживающую наружный конец указанного болта, упираясь в поверхность породы вокруг устья скважины, при этом опорная пластина имеет центральное отверстие,

- центрирующий элемент, расположенный на наружном конце стержня в центральном отверстии опорной пластины и имеющий центральное отверстие, через которое выходит наружный конец стержня, и отверстие для введения, через которое вводится жидкий строительный раствор,

- затягивающую гайку, заворачиваемую по наружной резьбе, выполненной на наружном конце стержня, в упор к центрирующему элементу, для вытягивания стержня наружу относительно скважины и затягивания анкерного болта по месту,

- конический элемент, присоединенный по существу неподвижно к стержню вблизи внутреннего конца указанного стержня,

- расширяющийся элемент, внутри которого расположен конический элемент, при этом расширяющийся элемент выполнен с возможностью расширения при вытягивании стержня наружу посредством затягивающей гайки и при перемещении конического элемента в это же время относительно расширительного элемента для обеспечения расширения расширяющегося элемента и его взаимодействия со стенкой скважины,

- трубку, выполненную из жесткого материала и расположенную вокруг стержня с образованием между трубкой и стержнем пространства для заливки для приема и удержания жидкого строительного раствора, вводимого через указанное отверстие для введения, выполненное в центрирующем элементе, при этом трубка имеет наружный конец, поддерживаемый центрирующим элементом, внутренний конец и отверстия для заливки, обеспечивающие протекание вводимого жидкого строительного раствора между пространством между трубкой и стенкой скважины и пространством для заливки.

Согласно изобретению, центрирующий элемент имеет выпускное отверстие, предназначенное для удаления любой протекающей воды, проникающей в скважину. Анкерный болт для укрепления горной породы включает уплотнительное устройство, которое выполнено вокруг наружного конца трубки для водонепроницаемого уплотнения скважины при затягивании затягивающей гайки. В пространстве для заливки между трубкой и стержнем расположена выпускная трубка, обеспечивающая выведение протекающей воды наружу при введении жидкого строительного раствора. Внутренний конец выпускной трубки проходит до положения рядом с расширяющимся элементом, а наружный конец указанной трубки проходит наружу через выпускное отверстие центрирующего элемента. Трубка имеет одно или более первых отверстий для заливки, расположенных на наружном конце указанной трубки вблизи уплотнительного устройства, и одно или более вторых отверстий для заливки, расположенных на внутреннем конце трубки вблизи расширительного элемента. При этом, при введении жидкого строительного раствора, он заполняет пространство для заливки между трубкой и стержнем, а также пространство между стенкой скважины и трубкой с обеспечением вытеснения любой протекающей воды перед указанным раствором к внутреннему концу и далее вдоль указанной выпускной трубки.

В одном варианте выполнения анкерного болта для укрепления горной породы уплотнительное устройство включает уплотнительную втулку, расположенную с зазором вокруг трубки, с обеспечением возможности ее перемещения в осевом направлении относительно трубки, при этом уплотнительная втулка имеет первый конец, расположенный вплотную к центрирующему элементу, и второй конец. Более того, уплотнительное устройство включает уплотнительное кольцо, которое выполнено из упругого материала, формуемого под давлением, такого как резина, и расположено вплотную к уплотнительной втулке. Кроме того, уплотнительное устройство включает упорный элемент, установленный неподвижно относительно трубки и расположенный с противоположной стороны уплотнительного кольца относительно уплотнительной втулки. При повороте затягивающей гайки уплотнительная втулка прижимает уплотнительное кольцо вплотную к упорному элементу, и указанное кольцо расширяется под воздействием давления и обеспечивает уплотнение относительно стенки скважины.

В одном варианте выполнения анкерного болта для укрепления горной породы уплотнительное устройство включает два или более уплотнительных кольца, расположенных между уплотнительной втулкой и упорным элементом, при этом между каждыми двумя смежными уплотнительными кольцами размещена промежуточная втулка, расположенная с зазором вокруг трубки.

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение описано подробно на примерах вариантов выполнения и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 изображено поперечное сечение одного варианта выполнения анкерного болта для укрепления горной породы, установленного в скважине,

на фиг. 2 изображен анкерный болт для укрепления горной породы, представленный на фиг. 1, затянутый по месту в скважине, имеющей протечку,

на фиг. 3 изображен анкерный болт для укрепления горной породы, представленный на фиг. 2, при введении жидкого строительного раствора, и

на фиг. 4 изображен болт, представленный на фиг. 3, после введения жидкого строительного раствора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 изображен анкерный болт 1 для укрепления горной породы, введенный в скважину, выполненную в горной породе, для дальнейшего затягивания по месту.

Как видно на фиг. 1-4, анкерный болт 1 включает стержень 2, имеющий внутренний конец 3, предназначенный для введения в скважину, и наружный конец 4, проходящий наружу из указанной скважины. На наружном конце стержня 2 выполнена наружная резьба 5. Стержень 2 предпочтительно представляет собой прут из армированной стали.

Кроме того, анкерный болт 1 имеет опорную пластину 6, поддерживающую наружный конец болта, упираясь в поверхность горной породы вокруг устья скважины. Опорная пластина имеет центральное отверстие 7.

На наружном конце 4 стержня 2, в центральном отверстии 7 опорной пластины расположен центрирующий элемент 8. Элемент 8 имеет центральное отверстие 9, через которое проходит наружный конец 4 стержня 2. Кроме того, центрирующий элемент имеет отверстие 10 для введения, через которое может быть введен жидкий строительный раствор 16 (см. фиг. 3 и 4).

Для плотного запирания анкерного болта 1 по месту, болт 1 включает механизм крепления коническим клином, расположенный на внутреннем конце 3 стержня. Конструкция механизма крепления, выполненного с двумя коническими клиньями согласно фиг. 1-4, более подробно описана в патентной заявке FI 20115182, а механизм, имеющий только один конический клин, описан более подробно в полезной модели FI - U9687.

Затягивающая гайка 11 поворачивается по наружной резьбе 5, выполненной на наружном конце стержня, в упор к центрирующему элементу 8 для вытягивания стержня 2 наружу относительно скважины и затягивания анкерного болта по месту его установки. Конический элемент 12 по существу неподвижно соединен со стержнем 2 у его внутреннего конца 3. Конический элемент 12 расположен внутри расширяющегося элемента 13, который расширяется при вытягивании стержня 2 наружу в результате завинчивания гайки 11, при этом на конический элемент 12, находящийся внутри расширяющегося элемента 13, оказывается воздействие для расширения расширяющегося элемента и его взаимодействия со стенкой скважины.

Вокруг стержня 2 расположена трубка 14, выполненная из жесткого материала, такого как пластмасса или сталь. Между трубкой 14 и стержнем 2 образовано пространство 15 для заливки, обеспечивающее прием и удержание жидкого строительного раствора 16, введенного через отверстие 10 для введения, выполненное в элементе 8. Наружный конец 17 трубки 14 поддерживается элементом 8. Трубка 14 имеет отверстия 19, 20 для заливки, обеспечивающие протекание вводимого раствора 16 между пространством 15 и пространством между трубкой 14 и стенкой скважины.

Центрирующий элемент 8 имеет выпускное отверстие 21, предназначенное для удаления любой протекающей воды, проникающей в скважину. Вокруг наружного конца 17 трубки 14 выполнено уплотнительное устройство 22, предназначенное для водонепроницаемого уплотнения скважины при затягивании гайки 11. В пространстве 15 для заливки между трубкой 14 и стержнем 2 расположена выпускная трубка 23, обеспечивающая выведение любой протекающей воды при введении жидкого строительного раствора 16. Внутренний конец 24 выпускной трубки 23 доходит до расширяющегося элемента 13, а наружный конец 25 трубки 23 проходит через выпускное отверстие 21 элемента 8. Трубка 14 имеет одно или более первых отверстий 19 для заливки, расположенных на ее наружном конце 17 вблизи уплотнительного устройства 22. Кроме того, трубка 14 имеет одно или более вторых отверстий 20 для заливки, расположенных на ее внутреннем конце 18 вблизи расширяющегося элемента 13.

Уплотнительное устройство 22 включает уплотнительную втулку 26, которая расположена с зазором вокруг трубки 14 с обеспечением возможности перемещения втулки 26 в осевом направлении трубки. Первый конец 27 втулки 26 расположен вплотную к центрирующему элементу 8. Уплотнительное кольцо 29 выполнено из упругого материала, формуемого под давлением, такого как резина, и расположено вплотную к уплотнительной втулке 26. Упорный элемент 30 закреплен неподвижно относительно трубки 14 и расположен на противоположной стороне кольца 29 относительно уплотнительной втулки 26.

Уплотнительное устройство 22, изображенное на фиг. 1-4, включает два уплотнительных кольца 29, расположенных между уплотнительной втулкой 26 и упорным элементом 30. Между двумя смежными кольцами 29 имеется промежуточная втулка 31, при этом указанная втулка расположена с зазором вокруг трубки 14.

Действие анкерного болта 1 объяснено со ссылкой на фиг. 1-4 в процессе его установки в скважине, через трещины в стенке которой протекает вода. На чертежах протекающая вода показана горизонтальными линиями.

Анкерный болт 1 вводят в скважину. Завинчивают гайку 11, заставляя стержень 2 перемещаться наружу и вытягивать конический элемент 12, расположенный внутри расширяющегося элемента 13, обеспечивая расширение указанного расширяющегося элемента и прижимание его наружной поверхности вплотную к стенке скважины, закрепляя болт по месту. При завинчивании гайки 11 уплотнительное устройство 22 обеспечивает уплотнение скважины. При завинчивании гайки 11 она перемещает центрирующий элемент 8, в свою очередь, перемещающий уплотнительную втулку 26, прижимая нижнее уплотнительное кольцо 29, которое посредством промежуточной втулки 31, в свою очередь, прижимает верхнее уплотнительное кольцо 29 вплотную к упорному элементу 30, при этом уплотнительные кольца расширяются под давлением и уплотняются относительно стенки скважины, обеспечивая водонепроницаемость.

Изображенное на фиг. 2 уплотнительное устройство 22 затянуто до состояния, обеспечивающего уплотнение. На фиг. 2 проиллюстрирована ситуация, когда протекающая вода заполнила пространство между трубкой 14 и стенкой скважины, а также пространство 15 для заливки.

На фиг. 3 показано начало введения жидкого строительного раствора 16 с использованием устройства введения, установленного в отверстии 10 для введения, выполненном в центрирующем элементе 8, и введение указанного раствора через внутреннее пространство центрирующего элемента в пространство для заливки между трубкой 14 и стержнем 2. Из внутреннего пространства трубки 14 жидкий раствор протекает через первые отверстия 19 для заливки, выполненные в трубке 14 сразу над уплотнительным устройством 22, в пространство между трубкой 14 и стенкой скважины снаружи трубки 14. Жидкий строительный раствор 16 распространяется снизу вверх, заполняя при этом пространство между трубкой 14 и стержнем 2, а также пространство между трубкой 14 и стенкой скважины, и вытесняет находящуюся перед ним любую воду или воздух в отверстие на внутреннем конце 24 выпускной трубки 23, после чего вода и воздух выводятся вдоль указанной выпускной трубки.

Заполнение анкерного болта и скважины жидким строительным раствором определяют по началу вытекания данного раствора из трубки 23, что означает, что указанные болт и скважина полностью заполнены жидким раствором. После введения раствора часть трубки 23, проходящую от выпускного отверстия, вынимают, и в резьбовое выпускное отверстие 21 вворачивают винтовую пробку 32, перекрывая это отверстие. После этого продолжают введение жидкого строительного раствора для заполнения любых мелких трещин в стенке скважины. После окончания введения раствора отверстие 10 перекрывают.

Изобретение не ограничено только лишь приведенными выше примерными вариантами выполнения; напротив, возможны многочисленные изменения, не выходящие за пределы объема идеи изобретения, определенного формулой изобретения.

Изобретение относится к области анкерного крепления горной породы. Технический результат – повышение надежности крепления обводненной горной породы. В анкерном болте для крепления горной породы центрирующий элемент имеет выпускное отверстие. Оно предназначено для удаления любой воды, проникающей в скважину. Анкерный болт включает уплотнительный узел, выполненный вокруг наружного конца трубки для водонепроницаемого уплотнения скважины при затягивании гайки и выпускную трубку. Выпускная трубка расположена в пространстве для заливки между другой трубкой и стержнем. Она служит для выведения наружу протекающей воды при введении жидкого строительного раствора. Внутренний конец выпускной трубки проходит до положения рядом с расширяющимся элементом. Наружный конец выпускной трубки проходит наружу из выпускного отверстия центрирующего элемента. Другая трубка имеет одно или более первых отверстий для заливки. Эти отверстия выполнены на ее наружном конце вблизи уплотнительного узла. Имеются одно или более вторых отверстий для заливки, выполненных на внутреннем конце другой трубки вблизи расширяющегося элемента. Жидкий строительный раствор заполняет пространство между трубкой и стержнем, а также пространство между скважиной и трубкой от наружного конца в сторону к внутреннему концу с обеспечением вытеснения любой протекающей воды, находящейся перед указанным раствором, к внутреннему концу выпускной трубки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Анкерный болт (1) для горной породы, содержащий:

- стержень (2) с внутренним концом (3), предназначенным для введения в скважину, и наружным концом (4), проходящим наружу из скважины и имеющим наружную резьбу (5),

- опорную пластину (6), поддерживающую наружный конец указанного болта, упираясь в поверхность горной породы вокруг устья скважины, при этом опорная пластина имеет центральное отверстие (7),

- центрирующий элемент (8), расположенный на наружном конце (4) стержня (2) в центральном отверстии (7) опорной пластины и имеющий центральное отверстие (9), через которое проходит наружный конец (4) стержня, и отверстие (10) для введения, через которое может быть введен жидкий строительный раствор,

- затягивающую гайку (11), заворачиваемую по наружной резьбе (5), выполненной на наружном конце стержня, вплотную к центрирующему элементу (8) для вытягивания стержня (2) наружу относительно скважины для затягивания анкерного болта по месту,

- конический элемент (12), присоединенный по существу неподвижно к стержню (2) вблизи его внутреннего конца (3),

- расширяющийся элемент (13), внутри которого размещен указанный конический элемент (12), при этом расширяющийся элемент расширяется при вытягивании стержня (2) наружу посредством затягивающей гайки (11), при этом конический элемент (12) в это же время перемещается относительно расширяющегося элемента с обеспечением расширения последнего и его взаимодействия со стенкой скважины,

- трубку (14), выполненную из жесткого материала и расположенную вокруг стержня (2) с обеспечением наличия между трубкой и стержнем пространства (15) для заливки для приема и удержания жидкого строительного раствора (16), вводимого через отверстие (10) для введения, выполненное в центрирующем элементе, при этом трубка (14) имеет наружный конец (17), поддерживаемый центрирующим элементом (8), внутренний конец (18) и отверстия (19, 20) для заливки, обеспечивающие возможность протекания введенного раствора (16) между пространством между трубкой (14) и стенкой скважины и пространством (15) для заливки,

отличающийся тем, что центрирующий элемент (8) имеет выпускное отверстие (21), предназначенное для удаления любой протекающей воды, проникающей в скважину, при этом указанный болт включает уплотнительное устройство (22), которое выполнено вокруг наружного конца (17) трубки (14) для водонепроницаемого уплотнения скважины при затягивании затягивающей гайки (11), при этом в пространстве (15) для заливки между трубкой (14) и стержнем (2) расположена выпускная трубка (23), предназначенная для выведения наружу просачивающейся воды при введении жидкого строительного раствора (16), причем внутренний конец (24) указанной выпускной трубки проходит до положения рядом с расширяющимся элементом (13), а наружный конец (25) указанной выпускной трубки проходит наружу через выпускное отверстие (21) центрирующего элемента (8), при этом трубка (14) имеет одно или более первых отверстий (19) для заливки, расположенных на наружном конце (17) указанной трубки (14) вблизи уплотнительного устройства (22), и одно или более вторых отверстий (20) для заливки, расположенных на внутреннем конце (18) указанной трубки вблизи расширяющегося элемента (13), причем жидкий строительный раствор после его введения заполняет пространство для заливки между трубкой и стержнем, а также пространство между скважиной и трубкой от наружного конца в сторону к внутреннему концу с обеспечением вытеснения любой просачивающейся воды, находящейся перед указанным раствором, к внутреннему концу выпускной трубки.

2. Анкерный болт по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (22) содержит:

- уплотнительную втулку (26), расположенную с зазором вокруг трубки (14) с обеспечением возможности перемещения указанной втулки в осевом направлении трубки, при этом уплотнительная втулка имеет первый конец (27), расположенный вплотную к центрирующему элементу (8), и второй конец (28),

- уплотнительное кольцо (29), выполненное из упругого материала, формуемого под давлением, такого как резина, и расположенное вплотную к уплотнительной втулке (26),

- упорный элемент (30), установленный неподвижно относительно трубки (14) и расположенный с противоположной стороны уплотнительного кольца (29) относительно уплотнительной втулки (26),

при этом при повороте затягивающей гайки уплотнительная втулка прижимает уплотнительное кольцо вплотную к упорному элементу, причем указанное уплотнительное кольцо расширяется под воздействием давления и обеспечивает уплотнение относительно стенки скважины.

3. Анкерный болт по п. 1 или 2, отличающийся тем, что уплотнительное устройство (22) содержит два или более уплотнительных кольца (29), расположенных между уплотнительной втулкой (26) и упорным элементом (30), при этом между каждыми двумя смежными уплотнительными кольцами выполнена промежуточная втулка (31), расположенная с зазором вокруг трубки.