Теплообменный анкер Советский патент 1992 года по МПК E21D21/00 

Наиболее близок к предлагаемому анкер для крепления горных выработок в мно- голетнемерзлых породах по авт. св. № 694647, кл. Е 21 D 21/00, 1979, представляющий собой пустотелый стержень, запол- ненный теплоносителем и снабженный на выступающем в выработку резьбовом конце съемными пластинами, интенсифицирующими теплообмен. Такой анкер не обладает достаточной эксплуатационной надежно- стью и эффективностью, поскольку его конструкция, во-первых, требует сезонных трудозатрат на снятие пластин в начале теп- лого периода года и на установку их в начале холодного периода, и, во-вторых, не обеспечивает выполнения анкером основной тепловой функции - отвода от многолет- немерзлого горного массива накопленной им в течение теплого периода теплоты к более холодной вентиляционной струе. По- скольку в подавляющем большинстве случа- ев использования анкерной крепи выступающие в выработку резьбовые концы стержней располагаются ниже заглубленных в массив замковых концов, жидкий теп- лоноситель в известном анкере не попадает из зоны конденсации (внизу) в зону испарения (вверху), что резко снижает теплопере- дающую способность анкера.

Цель изобретения - повышение эксплу- атационной надежности анкера.

Поставленная цель достигается тем, что теплообменный анкер, включающий заполненный теплоносителем пустотелый стержень и наружныетеплообменныепластины, согласно изобретению, снабжен размещенным в пустотелом стержне фитилем и уста- новленным на выступающем конце прерывателем теплового контакта между стержнем и пластинами, который выполнен в виде цилиндрического кожуха со съемной крышкой, эластичной емкости с жидкостью и подвижного цилиндрического элемента, вставленного в кожух с возможностью образования зазора в месте сопряжения его с торцом стержня. При этом элемент снабжен подпружиненной шайбой, а кожух жестко связан со стержнем, причем пружина размещена между крышкой кожуха и шайбой, а емкость - между шайбой и дном кожуха, а пластины установлены на выступающем из кожуха конце элемента.

Поставленная цель достигается также тем, что шайба выполнена из теплоизоляци- онного материала.

На фиг.1 изображен теплообменный анкер, общий вид при прерванном тепловом контакте между пустотелым стержнем и теплобменными пластинами; на фиг.2 - то

же, фрагмент, иллюстрирующий наличие такого контакта.

Согласно изобретению анкер содержит заполненный теплоносителем пустотелый стержень 1, снабженный капиллярным (например, трубчатым) фитилем 2. На заглубляемом в породы конце расположен замок из клина 3 и распорной гильзы 4, а выступающий конец разделен на неподвижную часть 5 и подвижный элемент 6. На неподвижную часть 5 с резьбой 7 под натяжную гайку 8 и крышку 9 цилиндрического кожуха 10 надета опорная плита 11. Подвижный элемент 6 из высокотеплопроводного материала, на котором жестко установлены теплообмен- ные пластины 12, удерживается в цилиндрическом кожухе 10с помощью закрепленной на нем теплоизоляционной шайбы 13 с образованием зазора 14 между смежными концами неподвижной части 5 и подвижного элемента 6 и поджат пружиной 15, расположенной между крышкой кожуха 9 и шайбой 13.

В кольцевой полости цилиндрического кожуха 10 между его дном и теплоизоляционной шайбой 13 расположена эластичная (например, тороидальная) емкость 16, наполненная жидкостью с температурой затвердевания, равной естественной температуре ненарушенных горных пород.

Предложенный анкер работает следующим образом. В холодный период года, когда по выработке проходит воздух с температурой ниже естественной температуры горных пород, жидкость в эластичной емкости 16 превращается в лед с увеличением объема, что приводит к механическому воздействию емкости на шайбу 13, сжатия пружины 15, перемещению подвижного элемента 6, уменьшению зазора 14 с последующим плотным смыканием смежных концов неподвижной части 5 и подвижного элемента 6. При этом возникает надежный тепловой контакт между пустотелым стержнем 1 и теплообменными пластинами 12. Установленный в породе с температурой, превышающей температуру рудничного воздуха, анкер выполняет функцию испарителя, а выступающий в выработку сребренный его конец - конденсатора, причем теплота передается от пород к холодному рудничному воздуха. В случае расположения анкера в кровле выработки, когда зона испарения находится выше зоны конденсации, подъем жидкого теплоносителя к зоне испарения обеспечивается по фитилю 2 за счет капиллярных сил. Наличие оребрения интенсифицирует процесс отвода теплоты от горных пород, приводящий к их охлажде- нию до температуры, близкой к температуре

рудничного воздуха, что способствует упрочнению мерзлых пород.

В теплый период года температура проходящего по выработкам воздуха повышается, и при достижении ею значения температуры плавления находящегося в эластичной емкости 16 льда последний превращается в жидкость с уменьшением объема эластичной камеры, пружина 15 отжимает шайбу 13, а вместе с ней и по- движный элемент б с теплообменными пластинами 12. При этом образуется зазор 14 между смежными концами неподвижной части 5 и подвижного элемента 6 и, следовательно, прерывается тепловой контакт между пустотелым стержнем 1 и теплообменными пластинами 12, в результате чего исключается перенос теплоты к породам по анкеру.

Использование в качестве наполнителя эластичной емкости 16 жидкости с температурой затвердевания, равной естественной температуре ненарушенного мерзлого горного массива (например, водного раствора необходимой концентрации), препятствует повышению температуры горных пород относительно упомянутого значения, чем предотвращается их растепление, протаи- вание и разупрочнение.

Таким образом, использование данного технического решения позволяет автоматически обеспечивать необходимое наличие или отсутствие теплового контакта частей анкера, чем поддерживается необходимое для упрочнения мерзлых горных пород на-

правление теплового потока и исключается потребность в сезонных трудозатратах на монтаж и демонтаж теплообменных пластин, достигающих в условиях среднего горного предприятия зоны Северо-Востока СССР 2500 ч/год, что равноценно получению экономического эффекта в размере 10000 руб/год на одном объекте.

Формула изобретения

1.Теплообменный анкер, включающий заполненный теплоносителем пустотелый стержень и наружные теплообменные пластины, отличаю щийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, он снабжен размещенным в пустотелом стержне фитилем и установленным на выступающем конце прерывателем теплового контакта между стержнем и пластинами, который выполнен в виде цилиндрического кожуха со съемной крышкой, эластичной емкости с жидкостью и подвижного цилиндрического элемента, вставленного в кожух с возможностью образования зазора в месте сопряжения его с торцом стержня, при этом элемент снабжен подпружиненной шайбой, а кожух жестко связан со стержнем, причем пружина размещена между крышкой кожуха и шайбой, а емкость - между шайбой и дном кожуха, при этом пластины установлены на выступающем из кожуха конце элемента.

2.Анкер по п.1, отличающийся тем, что шайба выполнена из теплоизоляционного материала.

Изобретение относится к креплению подземных горных выработок. Цель - повышение эксплуатационной надежности анкера. Теплообменный анкер включает заполненный теплоносителем пустотелый стержень (ПС) 1, наружные теплообменные пластины (ТП) 12, размещенный в ПС 1 фитиль 2 и установленный на выступающем конце прерыватель теплового контакта между ПС 1 иТП 12. Прерыватель выполнен в виде цилиндрического кожуха (ЦК) 10 со Изобретение относится к креплению подземных горных выработок и может быть использовано для упрочнения многолетне- мерзлых горных пород в условиях знакопеременной температуры вентиляционной струи. Известны различные конструкции теплопроводных анкеров, например по авт.св. №№ 1404652, 1411509, кл. Е 21 D 21/00, 1988, исползующие эффект памяти формы. Однако в связи с необходимостью искусственного нагрева для повторного использования они не могут съемной крышкой 9, эластичной емкости 16 с жидкостью и подвижного цилиндрического элемента 6. Последний вставлен в ЦК 10 с возможностью образования зазора в месте сопряжения его с торцом ПС 1. Элемент 6 снабжен подпружиненной шайбой 13. Последняя выполнена из теплоизоляционного материала. Причем ЦК 10 жестко связан с ПС 1. Пружина 15 размещена между крышкой 9, ЦК 10 и шайбой 13. Емкость 16 размещена между шайбой 13 и дном ЦК 10. Причем ТП 12 установлены на выступающем из ЦК 10 конце элемента 6. В холодный период года жидкость в емкости 16 превращается в лед, объем ее увеличивается. Это приводит к срабатыванию механизма прерывателя и смыканию элемента 6 с ПС 1. В результате обеспечивается передача теплоты от пород к холодному рудничному воздуху. В теплый период года лед в емкости 16 превращается в жидкость, объем ее уменьшается, и происходит размыкание элемента 6 с ПС 1. В результате исключается перенос теплоты от воздуха к породам. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. быть применены в многолетнемерзлых горных породах. Известен также анкер по авт. св. № 1418477, кл. Е 21 D 2/00, 1988, содержащий эластичную емкость с жидкостью, претерпевающей фазовое превращение при закреплении емкости в многолетнемерзлых породах с разрушением последней и вмораживанием анкера в массив. Однако известный анкер не изменяет теплового состояния массива при знакопеременной температуре вентиляционной струи и поэтому не может считаться эффективным и надежным. сл С vj со ю сл VJ