Способ возведения предварительно напряженной анкерной крепи и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении горных выработок. .

Известен способ установки анкера, включающий введение в шпур цилиндрической гильзы со связующим и сыпучим компонентами твердеющего состава, грузонесущим стержнем и упругим кольцом, а затем извлечение гильзы при неподвижном стержнеГП

Однако известный способ неприменим для возведения предварительно напряженной анкерной крепи. Кроме того, известное устройство не обеспечивает технологических возможностей для натяжения арматуры до начала схватывания твердеющего состава.

Наиболее близким к п-редлагаемому является способ возведения анкерной крепи с напряженной арматурой, включающий введение в шпур связующего и сыпучего компонентов, грузонесущего стержня и натяжение его после отверждения быстросхваты- вающегося состава в донной части шпура и до начала схватывания состава в остальной части шпура 2.

Недостатком известного способа является необходимость дожидаться твердения и набора прочности быстротвердеющего состава, а затем уже производить натяжение арматуры. В описанном примере для состава на основе; эпоксидной смолы это время простоя составляет 1,0-1,5 ч, что ведет к снижению производительности труда. Кроме того, быстротвердеющие составы относительно дороги и их введение в шпур требует применения специального оборудования и (или) разрушаемых хрупких ампул с компонентами состава.

Целью изобретения является повышение несущей способности анкера.

Для этого в способе возведения предварительно напряженной анкерной крепи, включающем введение в шпур твердеющего состава из связующего и сыпучего компонентов, грузонесущего стержня и натяжение его в зоне заделки анкера, натяжение стержня в зоне заделки производят до начала схватывания твердеющего состава, а затем производят сжатие твердеющего состава в осевом направлении при помощи специального монтажного устройства, содержащего цилиндрическую гильзу с упругим кольцом на внутренней поверхности и снабженного, согласно изобретения, торцовой крышкой, имеющей сквозное осевое отверстие с резьбой и частично расположенной во внутренней полости цилиндрической гильзы, причем часть крышки, размещенной в гильзе, выполнена с конусной фаской и имеет по крайней мере одну эксцентрическую цилиндрическую поверхность, образующая которой касательна к образующей наружной поверхности крышки, при этом внутренняя поверхность одного из конца цилиндрической гильзы выполнена с конусностью, соответствующей конусности крышки. При этом объем связующего компонента твердеющего состава принимают равным объему перового пространства сыпучего компонента. Другим отличием применяемого устройства является то, что эксцентрическая цилиндрическая поверхность торцовой крышки выполнена в виде двух и более смещенных в противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков.

На фиг.1 представлено введенное в шпур устройство, исходное положение; на фиг.2 -устройство в шпуре после вывода из него цилиндрической гильзы; на фиг.З -момент завершения сжатия твердеющего состава в осевом направлении; на фиг.4 - момент натяжения грузонесущего стержня; на фиг.5 и б - примеры исполнения эксцентрической цилиндрической поверхности торцовой крышки монтажного устройства; на фиг.7 - схема взаимодействия предварительно напряженной анкерной крепи с массивом горных пород.

0 Устройство состоит из цилиндрической гильзы 1 с упругим кольцом 2 на внутренней ее поверхности 3, на торце 4 которой выполнены конусная фаска 5, сообщающаяся с фаской 6 цилиндрической торцовой крышки

5 7, имеющей сквозное осевое отверстие 8 с резьбой 9, соответствующей резьбе замковой части 10 грузонесущего стержня 11, а также имеет со стороны фаски б по крайней мере одну эксцентрическую цилиндриче0 скую поверхность 12, образующая которой касательна к внешней цилиндрической поверхности 13 крышки 7. Грузонесущий стержень 11 оснащен шайбой 14 на замковой его части 10 и может иметь на выступающем из

5 шпура конце дополнительно резьбу, гайку, подхват и другие необходимые элементы (на чертеже не показаны). В устройстве между крышкой 7 и кольцом 2 помещен твердеющий состав 15, объем связующего компо0 нента в котором примерно равен объему перового пространства сыпучего компонента.

Возведение предварительно напряженной анкерной крепи производят следующим

5 образом.

Вводят в шпур посредством монтажного устройства (фиг.1) грузонесущий стержень 11, твердеющий состав 15 из связующего и сыпучего компонентов и жес0 тко фиксируют стержень 11 за выступающий из шпура конец (не показан). Затем гильзу 11 выводят из шпура, снимая силы трения по поверхности 3 возвратно-вращательными ее движениями. При этом крышка

5 7 остается в шпуре, упругое кольцо 2, освобождаясь, перекрывает кольцевое пространство между грузонесущим стержнем 11 и стенками шпура, а твердеющий состав 15 перераспределяется в шпуре, заполняя

0 освободившееся пространство (фиг.2). Грузонесущий стержень 11 вращают таким образом, чтобы крышка 7 навинчивалась по резьбе 7. При этом проворачивание крышки 7 относительно стенок шпура приводит к

5 самозаклиниванию ее по эксцентричной цилиндрической поверхности 12 (фиг.5 и 6) посредством состава 15 на стенках шпура. Чем больше осевое сжатие состава 15, тем более надежно стопорится крышка 7 в шпуре. Дальнейшим осевым сжатием состава 15

достигается появление достаточной для предварительного натяжения грузонесуще- го стержня 11 несущей способности анкера. Применение твердеющего состава 15, в котором объем связующего компонента равен объему порового пространства сыпучего компонента, позволяет добиться при осевом сжатии состава 15 его структурной прочности, т.е. несущей способности за счет внешнего трения и дилатансионных свойств сыпучего компонента. При избытке связующего компонента невозможно достигнуть плотного контакта зерен сыпучего компонента и, следовательно, не проявятся дилатансионные свойства в материале, а при недостатке связующего компонента - часть объема сыпучего компонента может остаться несвязанной, т.е. не будет являться твердеющим составом как таковым.

При полной (фиг.З) затяжке крышки 7 и сжатии состава 15 на замковой части 10 анкера в зоне заделки 16 осуществляется полная несущая способность анкера. Из практических соображений длину заделки анкера (з) следует принимать не более 10- 15 диаметров грузонесущего стержня 11, т.к. при большей длине заделки она используется неэффективно (см. Газиев Э.Г. Устойчивость скальных массивов и методы их закрепления,- М.: Стройиздат, 1977, с. 124- 125). Антикоррозионная защита свободной длины анкера (lo) может осуществляться пластиковой оболочкой или подачей в свободную зону 17 анкера на его свободной длине (lo) твердеющего состава 18 (фиг. 4). Производят натяжение грузонесущего стержня 1 приложением осевой нагрузки FO гидравлическим устройством или посредством гайки и подхвата на выступающем конце анкера (не показаны).

Натяжением арматуры до начала схватывания связующего компонента твердеющего состава достигают повышения производительности труда при возведении предварительно напряженной анкерной крепи, т.к. в известных аналогах это невозможно и простой в технологическом цикле неизбежен. После набора прочности твердеющим составом 18 осевая растягивающая нагрузка F0 может быть снята, а сцепление анкера с массивом будет обеспечено за счет твердеющего состава 18.

Взаимодействие предварительно напряженного анкера с массивом представлено на схеме (фиг.7). Деформация предварительного натяжения анкера 50 под действием силы Р0 определится по формуле

Folo

50

А0Е

О)

510 15 2025 30 35 40

45 50

55

где FO - сила предварительного натяжения, Н;

io - свободная длина анкера, м;

АО - площадь поперечного сечения грузонесущего стержня, м ;

Ео - модуль упругости стали анкерного стержня, МПа.

Из условия совместности деформаций д0 перераспределяется в деформацию массива 5М и остаточную деформацию растяжения анкера 5а (см. фиг.7). Предварительное натяжение анкера дает то преимущество, что крепь вступает под нагрузку сразу после возведения и в массиве не развиваются начальные смещения в направлении выработанного пространства, не происходит расслоение пород во время набора прочности твердеющим составом.

При использовании предлагаемого способа возведения анкерной крепи достигается следующий положительный эффект:

крепь вступает под нагрузку сразу после установки анкера; .

достигается высокая несущая способность анкера еще до отверждения состава в зоне заделки;

применение относительно дешевых материалов и средств позволяет уменьшить стоимость крепи;

технология позволяет достаточно просто решить вопрос механизации и автомати- зации возведения предварительно напряженной анкерной крепи путем создания спецоборудования;

возможно достижение эффекта упрочнения трещиноватого массива горных пород за счет проникновения связующего компонента в поры и трещины массива;

достигается повышение производительности труда по сравнению с известными способами.

Формула изобретения

1.Способ возведения предварительно напряженной анкерной крепи, включающий введение в шпур твердеющего состава из связующего и сыпучего компонентов, грузонесущего стержня и натяжение его в зоне заделки анкера, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда, натяжение стержня в зоне заделки производят до начала схватывания твердеющего состава, а затем производят сжатие твердеющего состава в осевом направлении, при этом объем связующего компонента твердеющего состава принимают равным объему порового пространства сыпучего компонента.

2.Устройство для возведения предварительно напряженной анкерной крепи, включающее цилиндрическую гильзу с упругим кольцом на внутренней поверхности, отличающееся тем, что устройство снабжено торцовой крышкой, имеющей сквозное осевое отверстие с резьбой и частично расположенной во внутренней полости цилиндрической гильзы, причем часть крышки, размещенной в гильзе, выполнена с конусной фаской и имеет по крайней мере одну эксцентрическую цилиндрическую поверхность, образующая которой касательна

0

к образующей наружной поверхности крышки, при этом внутренняя поверхность одного конца цилиндрической гильзы выполнена с конусностью, соответствующей конусности крышки.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что эксцентрическая цилиндрическая поверхность торцовой крышки выполнена в виде двух и более смещенных в противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении горных выработок. Цель - повышение производительности труда. Для этого натяжение стержня 11 анкера в зоне заделки 16 производят до начала схватывания твердеющего состава 15. Затем вращением крышки 7 сжимают твердеющий состав 15 в осевом направлении, причем объем связующего компонента твердеющего состава 15 равен объему норового пространства сыпучего компонента. Несущая способность не- отвержденного твердеющего состава .15 при натяжении анкера достигается за счет дилатансионных свойств сыпучего компонента, перовое пространство которого заполнено связующим компонентом. Крышка 7 устройства для монтажа крепи частично расположена во внутренней полости цилиндрической гильзы 1 и имеет сквозное осевое отверстие 8 с резьбой 9. Часть крышки 7, расположенная в гильзе 7, выполнена с конусной фаской 6, соответствующей фаске 5 гильзы 1. Крышка 7 имеет эксцентрическую цилиндрическую поверхность 12, образующая которой касательна к образующей 13 наружной поверхности крышки 7. Эксцентрическая поверхность 12 может быть выполнена также в виде двух и более смещенных в противоположные стороны от центральной оси сегментных кулачков. Проворачивание крышки 7 относительно стенок шпура приводит к самозаклиниванию ее по эксцентрической цилиндрической поверхности 12 посредством состава 15. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. сл с XJ ю оо 4 О сл

Фиг.З

Фиг. 4