КАНАТНЫЙ АНКЕР Российский патент 2022 года по МПК E21D21/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления контура подземных горных выработок.

Крепь анкерная предназначена для крепления в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях, горизонтальных и наклонных горных выработок на угольных шахтах и рудниках при химическом способе закреплении стержней анкеров в скважинах (шпурах) диаметром 28…30 мм, пробуренных по углю и породе с прочностью на сжатие соответственно 10 и 25 Мпа, и бортов выработок с прочностью углей и пород на сжатие соответственно не менее 5МПа, а также для крепления подвесной монорельсовой дороги (ПМД) к кровле выработок и подвешивания различного вида грузов при закреплении в шпуре ампулами на основе минеральных композиций или полиэфирных смол (ампульный способ).

Выработки, закрепленные анкерной крепью, решают проблему по транспортированию горной массы, доставки оборудования и материалов, передвижения людей. Крепь применяется совместно с опорными элементами различных конструкций, различными видами затяжки решетчатой и ампулами с быстротвердеющими полиэфирными или минеральными составами, время твердения которых после перемешивания в шпуре должно быть в пределах от 15 до 170 секунд в зависимости от марки применяемого состава.

Известен канатный анкер, который включает помещенный в шпур для взаимодействия с закрепляющим материалом и стенками шпура грузонесущий канат, хвостовая часть которого расположена в осевом отверстии опорной муфты посредством охватывающей центральную прядь грузонесущего каната втулки с конической поверхностью, переходящей в цилиндрическую, помещенную в цилиндрической части осевого отверстия опорной муфты, на внешней резьбовой поверхности которой помещена опорная гайка, герметизатор в виде толкателя цилиндрической формы, упругая втулка, пробка с отверстием для нагнетания закрепляющего материала и обратным клапаном. Анкер снабжен направляющей трубой, через которую проходит хвостовая часть грузонесущего каната, воздухоотводящей трубкой, монтажной гайкой, стаканом толкателя, при этом направляющая труба установлена герметично в кольцевой проточке торца опорной муфты, которая подпирает посредством опорной гайки стакан толкателя, охватывающего направляющую трубу и подпирающего торец упругой втулки, размещенной на поверхности направляющей трубы и опертой противоположным торцом в торец стальной втулки, закрепленной на направляющей трубе, при этом центральную прядь грузонесущего каната в направляющей трубе охватывает трубка, на поверхности которой размещены наружные пряди грузонесущего каната вместе с воздухоотводящей трубкой, которая вместе с наружными прядями грузонесущего каната охватывает коническую втулку и пропущена герметично через отверстие в пробке, которая присоединена к торцу опорной муфты посредством монтажной гайки, навинченной ниже опорной гайки, а отверстие для нагнетания закрепляющего материала в пробке с внутренней стороны перекрыто установленным между пробкой и опорной муфтой обратным клапаном лепесткового типа, а с наружной стороны посредством трубки для нагнетания закрепляющего материала связано с быстроразъемным соединением, связанным, в свою очередь, с нагнетательным рукавом. Отверстие для воздухоотводящей трубки в пробке выполнено уступной формы с резьбовой частью, в которую ввинчен штуцер, подпирающий уплотнительное кольцо, в осевом отверстии которого размещен конец воздухоотводящей трубки и жало заглушки, соединенной со штуцером с возможностью перекрытия отверстия воздухоотводящей трубки жалом (RU № 2352784).

Недостатком данного канатного анкера является сложность его конструкции и недостаточная надежность закрепления каната.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является канатный анкер, который включает ампулу с закрепляющей смесью, головку канатного анкера, канат из скрученных прядей, состоящих из множества проволок, ограничителей перемещения закрепляющей смеси, опорную шайбу, муфту с натяжной гайкой, защемляющий клин, причем, в качестве головки канатного анкера на расстоянии l=5-10 мм от конца каната установлен конический шнек, диаметр основания d_шн которого определен из выражения d_шн = 0,8d_шп, где d_шп - диаметр шпура, муфта на внешней поверхности имеет резьбу и гайку для натягивания каната, а на конце - шестигранную поверхность с цилиндрическим хвостовиком шириной l₁=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник, внутри муфта имеет канал для пропуска и крепления каната, повторяющий форму защемляющего клина, в котором выполнена деформационная щель и канал для пропуска прядей несущей части каната, имеющий коническую форму, переходящую в цилиндрическую, при этом длина защемляющего клина L_кл = (11÷13)d_зп, где d_зп - диаметр защемленной несущей части каната, длина конической части клина L_кк = (0,5÷0,7)L_кл, а угол наклона конической поверхности защемляющего клина находится в диапазоне α=2,5÷3,5° (RU № 2626478).

Недостатком этого технического решения является недостаточная надежность закрепления каната и снижение прочностных характеристик каната.

Проблемой, разрешаемой настоящим техническим решением, является создание простой, эффективной и технологичной конструкции канатного анкера, в котором закрепление каната производится надежно и без снижения прочностных характеристик каната.

Технический результат состоит в том, что в заявляемом устройстве обеспечено простое и надежное закрепление каната без снижения прочностных характеристик каната. Повышена технологичность изготовления и установки, а также возросла конструктивная надежность и эффективность закрепления канатного анкера в шпуре.

Решение поставленной задачи достигается тем, что канатный анкер, устанавливаемый в шпур, включает ампулу с закрепляющей смесью, головку канатного анкера, канат из скрученных прядей, состоящих из множества проволок, ограничителей перемещения закрепляющей смеси, опорную шайбу, муфту с натяжной гайкой, защемляющий клин, в качестве головки канатного анкера на расстоянии l=5-10 мм от конца каната установлен конический шнек, диаметр основания d_шн которого определен из выражения d_шн = 0,8d_шп, где d_шп - диаметр шпура, муфта на внешней поверхности имеет резьбу и гайку для натягивания каната, а на конце - шестигранную поверхность с цилиндрическим хвостовиком шириной l₁=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник, внутри муфта имеет канал для пропуска и крепления каната, повторяющий форму защемляющего клина, в котором выполнена деформационная щель и канал для пропуска прядей несущей части каната, имеющий коническую форму, переходящую в цилиндрическую, при этом длина защемляющего клина L_кл = (11÷13)d_зп, где d_зп - диаметр защемленной несущей части каната, длина конической части клина L_кк = (0,5÷0,7)L_кл, а угол наклона конической поверхности защемляющего клина находится в диапазоне α=2,5÷3,5°, а защемляющий клин изготовлен по ЛГМ технологии, и ширина деформационной щели в нем l_ш зависит от диаметра защемленной несущей части каната и находится в диапазоне l_ш=2,2 ÷2,7 мм.

Сущность работы канатного анкера поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид расположения канатного анкера в шпуре.

На фиг. 2 дан вид и разрез муфты.

На фиг. 3 представлен вид и разрез защемляющего клина.

На фиг. 4 дан вид и натяжной гайки.

На чертежах приняты следующие условные обозначения: 1 - муфта, 2 - защемляющий клин, 3 - натяжная гайка , 4 - трубка направляющая, 5 - канат из скрученных прядей, 6 –стяжка из проволоки d4, 7 - стяжка из проволоки d3, 8 - резьба муфты, 9 - шестигранный конец муфты, 10 - цилиндрический хвостовик муфты, 11 - канал муфты, 12 - деформационная щель защемляющего клина 2.

Устройство работает следующим образом.

Ввод канатного анкера в шпур производится путем его вращения от бурильной установки. Канат 5 (Фиг. 1) головной частью при вращении разрушает ампулы, и закрепляющая смесь растекается по зазорам, закрепляя канатный анкер в шпуре, при этом материал ампул (пластик) препятствует процессам закрепления и перемешивания смеси.

Конический шнек, установленный в качестве головки канатного анкера на расстоянии 5-10 мм от забойного конца каната, зубками и/или винтовой нарезкой разрушает материал ампул и дополнительно перемешивает закрепляющую смесь, что способствует более прочному и быстрому закреплению канатного анкера в шпуре, при этом предотвращает распускание прядей каната 5 при вращении. Также предотвращают распускание прядей каната 5 при вращении стяжка 6 из проволоки d4 и стяжка 7 из проволоки d3. Диаметр основания конического шнека d_шк выбирается по формуле d_шк=0,8d_шп, где d_шп - диаметр шпура, что позволяет куски материала ампул перепускать из верхней части в низ шпура.

Нижний конец канатного анкера механически закрепляется на муфте 1 (Фиг. 2), которая на внешней поверхности имеет резьбу 8 и гайку 3 для натягивания каната 5. Направляющая трубка 4 облегчает закрепление каната 5 в муфте 1, которая на одном конце имеет шестигранную поверхность 9, а на другом - цилиндрическим хвостовик 10 шириной l₁=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник. Внутри муфта 1 имеет канал 11 для пропуска и крепления каната 5, повторяющий форму защемляющего клина 2. Закрепление каната 5 производится путем заклинивания несущей части каната 5 защемляющим клином 2, при этом производится постепенное натягивание каната 5 путем закручивания натяжной гайки 3 (Фиг. 4) на опорную шайбу по мере закрепления его в шпуре.

Шестигранная форма конца 9 муфты 1 и цилиндрический хвостовик 10 предусматриваются для удобства монтажа канатного анкера с использованием бурильной установки.

Результаты исследований прочностных характеристик закрепления каната в муфте защемляющим клином показали, что наилучшими показателями обладает защемляющий клин 2 (Фиг. 3), изготовленный по ЛГМ технологии, имеющий следующие параметры: L_кл=(11÷13)d_зп, где L_кл - длина клина 2, d_зп - диаметр защемленных несущих прядей каната 5; L_кк=(0,5÷0,7)L_кл, где L_кк - длина конической части клина 2; α=2,5÷3,5° - угол наклона конической поверхности; l_ш=2,2÷2,7 мм, где l_ш - ширина деформационной щели 12, которая после смятия заклинивает канат в муфте 1 «на мертво».

ЛГМ технология – это литьё по газифицируемым моделям — способ получения отливок, использующий модель, изготовленную из материала, который газифицируется при заливке расплавленного металла в литейную форму. Самым распространённым материалом для моделей является пенополистирол. В данном техническом решении главное преимущество ЛГМ технологии - повышение точности литья защемляющего клина позволяет оптимальным образом совместить противоречивые требования к размеру и форме защемляющего клина и ширине его деформационной щели.

В результате повышается технологичность изготовления и установки, а также возрастает конструктивная надежность и эффективность закрепления канатного анкера в шпуре.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для крепления контура подземных горных выработок. Канатный анкер, устанавливаемый в шпур, включает ампулу с закрепляющей смесью, головку канатного анкера, канат из скрученных прядей, состоящих из множества проволок, ограничителей перемещения закрепляющей смеси, опорную шайбу, муфту с натяжной гайкой, защемляющий клин. В качестве головки канатного анкера на расстоянии l=5-10 мм от конца каната установлен конический шнек, диаметр основания d_шн  которого определен из выражения d_шн = 0,8d_шп, где d_шп - диаметр шпура. Муфта на внешней поверхности имеет резьбу и гайку для натягивания каната, а на конце - шестигранную поверхность с цилиндрическим хвостовиком шириной l₁=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник. Внутри муфта имеет канал для пропуска и крепления каната, повторяющий форму защемляющего клина, в котором выполнена деформационная щель, и канал для пропуска прядей несущей части каната, имеющий коническую форму, переходящую в цилиндрическую. При этом длина защемляющего клина L_кл=(11-13)d_зп, где d_зп - диаметр защемленной несущей части каната. Длина конической части клина L_кк=(0,5-0,7)L_кл. Угол наклона конической поверхности защемляющего клина находится в диапазоне α=2,5-3,5°. При этом защемляющий клин изготовлен при помощи литья по газифицируемым моделям (ЛГМ технологии). Ширина деформационной щели в защемляющем клине l_ш зависит от диаметра защемленной несущей части каната и находится в диапазоне l_ш=2,2-2,7 мм. Техническим результатом является повышение технологичности изготовления анкера, повышение надежности закрепления каната без снижения прочностных характеристик каната. 4 ил.

Канатный анкер, устанавливаемый в шпур, включающий ампулу с закрепляющей смесью, головку канатного анкера, канат из скрученных прядей, состоящих из множества проволок, ограничителей перемещения закрепляющей смеси, опорную шайбу, муфту с натяжной гайкой, защемляющий клин, в качестве головки канатного анкера на расстоянии l=5-10 мм от конца каната установлен конический шнек, диаметр основания d_шн  которого определен из выражения d_шн = 0,8d_шп, где d_шп - диаметр шпура, муфта на внешней поверхности имеет резьбу и гайку для натягивания каната, а на конце - шестигранную поверхность с цилиндрическим хвостовиком шириной l₁=5-10 мм и радиусом, вписанным в правильный шестиугольник, внутри муфта имеет канал для пропуска и крепления каната, повторяющий форму защемляющего клина, в котором выполнена деформационная щель и канал для пропуска прядей несущей части каната, имеющий коническую форму, переходящую в цилиндрическую, при этом длина защемляющего клина L_кл =(11-13)d_зп, где d_зп  - диаметр защемленной несущей части каната, длина конической части клина L_кк=(0,5-0,7)L_кл, а угол наклона конической поверхности защемляющего клина находится в диапазоне α=2,5-3,5°, отличающийся тем, что защемляющий клин изготовлен по ЛГМ технологии - литье по газифицируемым моделям, а ширина деформационной щели в нем l_ш зависит от диаметра защемленной несущей части каната и находится в диапазоне l_ш=2,2-2,7 мм.