Анкер Советский патент 1991 года по МПК E21D21/00 

оо ел

Изобретение относится к креплению подземных горных выработок, а именно к конструкции трубчатого анкера и м.б. использовано для крепления горных выработок, пройденных в мерзлых породах. Цель изобретения - повышение надежности работы анкера при протаивании мерзлых пород вокруг шнура за счет саморегулирования сил трения на контакте порода-анкер. Анкер оснащен насаженной на полую трубу (ПТ) 1 с продольным разрезом 2 вдоль всей длины и буртиком 3 на хвостовике 5 для удержания опорной плиты оболочкой 7 из упругопористого материала с продольным разрезом по всей длине. На внешней поверхности оболочки 7 выполнены равномерно расположенные по контуру и вдоль боковой поверхности заполненные связующим материалом (СМ) 9 полости 8. Глубина полостей 8 не превышает толщины стенки оболочки. Для предотвращения просыпания СМ оси полостей 8 составляют с боковой поверхностью оболочки угол, вершина которого направлена в сторону выступающего из шпура 4 хвостовика 5 анкера. Перед установкой анкера в шпур 4 полости 8 заполняют СМ. Затем ПТ 1 сжимают известным способом, вводят в шпур 4 и расклинивают за счет упругих сил ПТ 1 с продольным разрезом 2. При оттаивании влага с определенного объема мерзлых пород мигрирует в зону контакта порода-анкер и образует зону скольжения. Однако взаимодействие СМ с водой и необратимость реакции гидратации позволяют избежать накопления влаги в зоне контакта стенок шпура 4 с анкером. За счет образования шероховатостей на поверхности оболочки в процессе гидратации и улучшения условий сцепления стенки шпура 4 с анкером повышается надежность его работы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. Ј СП 05 оо

Изобретение относится к креплению подземных горных выработок, а именно к конструкции трубчатого анкера, и может быть использовано для крепления горных выработок, пройденных в мерзлых породах.

Цель изобретения - повышение надежности работы анкера при протаивании мерзлых пород вокруг шнура за счет саморегулирования на контакте порода-анкер.

На чертеже изображен общий вид анкера в рабочем положении, продольный разрез.

Анкер включает полую трубу 1, выполненную из упругого материала с продольным разрезом 2 вдоль всей ее длины, и буртиком 3, размещенным на выступающем из шпура 4 ее хвостовика о, для удержания опорной плиты 6. На поверхность полой трубы 1 насажена оболочка 7, внешняя поверхность которой подобна контуру шпура 4, с продольным разрезом, аналогичным продольному разрезх 2, выполненная из упругопористого материала,

например пенорезины на основе жестких каучуков, с равномерно расположенными как по контуру, так и вдоль ее боковой поверхности полостями 8, глубина которых для сохранения несущей способности полой трубы 1 не превышает толщину стенки оболочки 7, а для предотвращения просыпаний сухого связующего материала 9 оси полостей 8 с внешней поверхностью оболочка 7 составляет угол 40...50°, вершина которого направлена в сторону выступающего из шпура 4 хвостовика 5 полой трубы 1.

Установка и работа анкера в мерзлых породах осуществляется следующим образом.

Перед установкой анкера в шпур 4 полости 8 заполняют сухим связующим материалом 9, например цементом, портландцементом, гипсом и др. Затем полую трубу 1 сжимают известным способом, вводят в шпур 4 и расклинивают за счет упругих сил полой трубы 1, выполненной с продольным пазом 2, придавая анкеру необходимую несущую способность.

При оттаивании влага с определенного объема марзлых пород лигирует в зону контакта порода-анкер и образует зону скольжения. Однако наличие полостей 8 с сухим связующим материалом 9, взаимодействие его с водой и необходимость реакции гидратации, после которой не происходит обратного выделения воды, позволяет избежать накопления влаги в зоне контакта поверхности шпура 4 с анкером. Кроме того, при гидратировании сухого связующего материала 9 на поверхности анкера образуются шероховатости, которые улучшают условия сцепления анкера со стенкой шпура.

Полное и качественное удаление влаги с боковой поверхности шпура 1 в пределах зоны протаивания обеспечивается в том случае, если массы сухого связующего материала 9 достаточно для поглощения всей образовавшейся воды. Из этого условия непосредственно вытекает необходимость расчета минимально допустимого количества полостей.

Общая масса воды, способная образоваться на боковой поверхности шпура при протаивании мерзлых пород, равна

V, кг,

(1)

где V - объем влаги, которая выделяется в талой зоне, м3;

уя - плотность воды, кг/м3.

Объем влаги, в большей степени, определяется льдистостью мерзлых пород и глубиной h зоны миграции влаги вокруг шпура, которая, в свою очередь, зависит от типа горных пород, трещиноватости, пористости и определяется по результатам экспериментальных и лабораторных исследований.

Зная параметр /г, можно определить объем влаги по формуле

V n-D-kRT-h-W, м3,

(2)

где)- диаметр шпура, м;

- глубина зоны протаивания, м; W - льдистость мерзлых пород, отн. ед. Предельная масса воды полностью гидра- тируется сухим связующим материалом, размещенным в одной полости, находится по формуле

, кг,

(3)

где Мс - масса сухого связующего материала, в одной полости, кг; m - коэффициент гидратации связующего материала, отн. ед. При определении величины Мс следует учесть коэффициент заполнения полости сухим связующим материалом и геометрический объем полости

(7с--я-г2-й-/Сз)/5ша, кг,

(4)

где YC - плотность сухого связующего материала, кг/м3;

г - радиус полости, м;

d - толщина стенки оболочки анкера, м;

Кз - коэффициент заполнения полости;

а - угол наклона оси полости к боковой поверхности анкера, град.

Зная общую массу воды, способную образоваться на боковой поверхности шпура при оттаивании мерзлых пород Mt и предельную массу воды, полость гидратируе- мую сухим связующим материалом, разме- 5 щенным в одной полости, Ма, найдем минимальное количество полостей из соотношения

N Mi/Mn

(5)

40 Подставив в соотношение (5) выражения (1) - (4), получим формулу минимально допустимого количества полостей

45

J wD-bRr-h:W „ ус-Г-Л-т-Кз xsina, шт.(6)

Данное количество полостей равномерно распределяют по контуру и вдоль боковой поверхности оболочки анкера в пределах зоны протаивания пород. При этом пред- варительно необходимо проверить условие полного размещения всех полостей на боковой поверхности оболочки анкера. Максимальное количество полостей найдем из выражения

55

NaSSDЈЈ.Kiit

(7)

где К.у - коэффициент упаковки (для прямоугольной упаковки 0,78).

В случае выполнения условия обеспечивается полное и качественное удаление влаги с боковой поверхности шпура. В случае невыполнения этого условия необходимо провести оптимизацию выражения (6) путем подбора соответствующего сухого связующего материала, параметров т и КзПри удалении влаги между породой и поверхностью анкера обеспечивается увеличение коэффициента трения, чем при сцеплении поверхности анкера с влажными породами. Например, при соприкосновении анкера из стали с влажными аргиллитами коэффициент трения равен 0,27, а при контакте с сухими аргиллитами коэффициент трения равен 0,4.

Подготовительная выработка пройдена в мерзлом массиве с равномерным распределением льдистости пород (,l). Ожидаемая максимальная глубина протаивания на участке крепления по инженерным расчетам составляет 1,2 м. С учетом этого проектное расстояние между анкерами установлено 1 м. Необходимо определить требуемое количество полостей для полного обезвоживания боковой поверхности шпура.

Исходные данные: диаметр шпура: 0,042 м; толщина внешнего слоя анкера 0,005 м; радиус полости 0,003 м; угол наклона 45°; коэффициент заполнения 0,6. В качестве сухого связующего материала используется обыкновенный цемент любой марки с плотностью 1700 кг/м3, у которого коэффициент гидратации 6,0. Глубина зоны миграции влаги вокруг шпура 0,01 м.

Подставляя все исходные данные в выражение (6), получим требуемое количество полостей на один анкер

ИКЮ.0.042. f.2.0.01.0.1 1700 -0,0032- 0,005 -6,0 -0,6

129 шт.

Проверим полученное количество полостей из условия их полного размещения на поверхности оболочки анкера в пределах протаивания. По выражению (7) найдем максимальное количество полостей:

л, 0,042-1.2-0.78 .ORQ Nm -i:- 4368 шт.

о.оз2

Таким образом, условие выполняется и

требуемое количество полостей равномерно

распределяют по контуру и вдоль боковой

поверхности на расстоянии 1,2 м от буртика

анкера.

Предлагаемая конструкция анкера обладает следующими преимуществами по сравнению с известными: обладает возможностью саморегулирования сил трения в зоне контакта порода-анкер за счет удаления влаги с поверхности шпура при оттаивании мерзлых пород, что обеспечивает надежность работы анкера в протаивающем массиве, улучшаются условия сцепления анкера со стенкой шпура, что также повышает надеж5 ность работы анкера; расширяется область применения за счет способности анкера обезвоживать стенки шпура, что позволяет применять его для анкерования водонасы- щенных горных пород; конструкция анкера отличается простотой и может быть изготов® лена в механической мастерской.

Формула изобретения

. Анкер, включающий полую трубу из

5 упругого материала с продольным разрезом по всей длине и буртиком, размещенным на хвостовике, для удержания опорной плиты, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы анкера при протаивании мерзлых пород вокруг шпура

0 за счет саморегулирования сил трения на контакте порода-анкер, он снабжен оболочкой из упругопористого материала, выпол- -ненной с продольным разрезом по всей длине, и полостями, равномерно расположенными по контуру и вдоль ее боковой

5 поверхности на глубину, не превышающую толщину стенки оболочки, и под углом к боковой поверхности, вершина которого направлена в сторону хвостовика, при этом оболочка размещена на внешней поверхности

0 полой трубы, а ее полости заполнены сухим связующим материалом.

5 3. Анкер по п. I, отличающийся тем, что в качестве сухого связующего материала использован цемент.