Анкер Советский патент 1992 года по МПК E21D21/00 

Изобретение относится к средствам крепления подземных горных выработок, а именно к жестким распорным анкерам, предназначенным для закрепления расслаивающихся пачек пород потолочин.

Известен распорный анкер, имеющий штангу с буртиком, замок из эластичной составной распорной втулки и устройство для распора замка в скважине, в котором для упрощения конструкции анкера и снижения затрат на его изготовление устройство для распора замка выполнено в виде цилиндрической втулки с коническим наконечником и фланцем на другом конце. Цилиндрическую распорную втулку забивают механически через фланец при помощи хвостовика установочной трубы, после чего штангу закрепляют опорной плиткой, пружинной шайбой и гайкой.

Недостатком приведенного распорного анкера является то, что цилиндрическую распорную втулку забивать хвостовиком установочной трубы весьма трудоемко. Распираемый замок в анкере рассмотренной конструкции закрепляется недостаточно прочно, что снижает несущую способность распорного анкера. Кроме того, вся свободная от замка часть скважины и часть анкера в ней непосредственно не участвуют в закреплении расслаивающихся пород кровли, поэтому большие нагрузки, действующие на анкер через опорную шайбу анкера, при слабо закрепленном его замке могут вырвать анкер из скважины.

Известен анкер, включающий несущий стержень с чередующе нанизанными на него ампулами с полимерными связующими и инертным наполнителем. Анкер устанавливается в скважине, пробуренной в породах кровли, склонных к расслаиванию. В этом аналоге существенными признаками, сходными с признаками заявленного анкера, являются присутствие металлической

несущей штанги и применение твердеющей смолы для закрепления анкера.

Недостатком этого анкера является то, что в шпуре он слабо распирается. При введении несущего стержня в шпур вращением и разрывании ампул с полимерным связующим полностью не заполняются пустоты в шпуре и трещины в его стенках, что может привести к слабому укреплению анкера в

шпуре. Описанная в изобретении установка анкера в шпуре в конечном счете не способствует надежности в работе и не позволяет получить максимальной несущей способности на несущем стержне.

Наиболее близким к предлагаемому является анкер, включающий стержень и распорный замок из установленных на стержне эластичных колец, чередующихся с металлическими шайбами. Причем в анкере эластичные кольца выполнены с выпуклыми торцами, а металлические шайбы - плоскими. Анкер устанавливают в скважине и затем, удерживая центральный стержень за хвостовик, навинчивают на него гайку, которая давит на шайбу и на муфту, скользящую по стержню. Муфта на конце имеет шайбу и через нее сообщает усилие сжатия эластичным кольцам. Последние расширяются Ё диаметральных направлениях и распираются

в скважине. О прочности закрепления анкера судят по прикладываемому к хвостовику стержня усилию для удержания его при заворачивании сжимающей гайки.

Этот анкер обладает следующими недостатками. Во-первых, механическое удержание стержня за хвостовик и ручное ввинчивание гайки для разжатия эластичных колец, расположенных между металли; ческими плоскими шайбами, весьма

трудоемкие операции. Во-вторых, даже при малом числе эластичных колец на стержне сильно распереть их в скважине чисто механическим путем не удается, тем более это

трудно выполнить при установке эластичных колец вдоль всей длины несущего стержня, что бывает необходимо для закрепления всей пачки, охваченной анкером, легкорасслаивающихся осадочных пород в кровле горных выработок. Приведенные недостатки снижают возможности применения анкера в горном деле.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности анкера в породах, склонных к расслоению.

Указанная цель достигается тем, что известный анкер, включающий металлическую штангу с ограничительной головкой на глубинном конце, последовательно установленные на штанге комплекты из эластичных колец, чередующихся с металлическими шайбами, опорную плитку и натяжную гайку, снабжен тороидальными эластичными камерами, размещенными между эластичными кольцами, а шайбы выполнены в виде металлических кольцевых клиньев, повернутых острием к головке штанги, при этом контактирующий с плиткой комплект выполнен без камеры с металлическим кольцевым клином, повернутым острием к плитке, причем штанга выполнена трубчатой, полость ее соединена с полостями камер для нагнетания в них при установке анкера твердеющей смолы.

Первоначально, при незначительном еще давлении в тороидальных камерах при нагнетании в них твердеющей смолы, распирающие суммарные силы, действующие на стенки вдоль всей длины скважины, достигают значительной величины и обеспе- чивакт быстрое и надежное прижатие опорной плитки к устью скважины завинчиванием гайки на конце трубчатой штанги. При этом комплект у опорной плитки, состоящий только из двух эластичных шайб и кольцевого металлического клина между ними, в таком сочетании способствует медленному возрастанию давления на опорную плитку за счет обращенности в сторону опорной плитки острия кольцевого клина. После прижатия опорной плитки гайкой удается накрепко распереть анкер вдоль все длины скважины за счет нагнетания твердеющей смолы в тороидальные камеры через трубчатую штангу. До затвердения смолы в камерах создается высокое давление, которое через эластичные шайбы действует с двух сторон на металлические кольцевые клинья. При этом каждый клин, внедряясь в эластичную шайбу, разжимает ее в радиальных направлениях. Эластичные шайбы и стенки эластичной тороидальной камеры от воздействия возрастающего давления в жидкой смоле постепенно заполняют весь

внутренний обьем скважины и начинают внедряться в раскрытие любые малые трещины горных пород, пересеченных скважиной. При. дальнейшем нагнетании смолы в 5 тороидальные эластичные камеры кольцевые металлические клинья, раздвигая и расклинивая, рассекают эластичные шайбы на две части и, достигнув острием тороидальной камеры, распарывают ее. При этом

10 жидкая смола, находящаяся в камерах под большим давлением, дополнительно устремляется в сохранившиеся малые пустоты. Смола также достигает стенки скважины, смачивает ее полностью и внедряется в тре5 щины.

После разрывания тороидальных камер, что можно зафиксировать по измерительному манометру, включенному в систему (не показан), следует прекращать

0 нагнетание смолы. С прекращением нагнетания смолы при остаточном давлении в скважине создается возможность для затвердевания смолы, оставшейся в камерах и вытекшей из них. При этом лишь одна

5 тороидальная камера, близлежащая к опорной плитке, сохраняется целой, в ней смола затвердевает полностью внутри, не выливаясь наружу.

Итак, вдоль всей стенки скважины про0 исходит распирание эластичных упругих шайб и тороидальных камер анкера в сочетании со смолоиньекцией, осуществляемой после разрывов тороидальных камер. Таким образом, предложенный анкер связывает

5 воедино все склонные к расслоению горные породы, например, непосредственной кровли выработки, пересеченные скважиной. Предложенный анкер при выполнении всех описанных положений о применении его об0 ладает повышенной эксплуатационной надежностью в работе в слоистых горных породах. Еще надежнее он будет работать при шпурах и скважинах с глубиной 3,5-6,0 м, превышающей глубину 3 м, принятую

5 при штанговом креплении потолочин.

На чертеже изображен предложенный анкер в скважине, разрез.

Анкер изготовлен из трубчатой штанги 1, имеющей ограничительную круглую голо0 вку 2 на конце. На другом конце металлическая трубчатая штанга 1 имеет опорную плитку 3 и гайку 4. На трубчатой штанге 1 установлены комплекты. Каждый отдельный комплект состоит из эластичных упругих

5 шайб 5 и 6, металлического кольцевого клина 7, помещенного между шайбами 5 и б, и тороидальной эластичной упругой камеры 8. Металлическая трубчатая штанга 1 внутренней полостью соединена через отверстия 9 с тороидальными камерами 8. У устья скважины, пробуренной в горных породах 10, установлен комплект только из двух эластичных упругих шайб 5 и б и металлического кольцевого клина 7, помещенного между шайбами 5 и 6. При этом клин 7 своим ост- р««м повернут в сторону металлической опорной плитки 3. В полости трубы 1 и тороидальных камер 8 заканчивается твердеющая смола 11.

Анкер работает следующим образом.

Вначале на трубчатой штанге 1 анкера устанавливают элементы всех комплектов с соблюдением описанной выше последовательности расположения их на штанге 1. Затем трубчатую штангу 1 подсоединяют к гидропроводу от гидронасоса высокого давления (не показан). После этого анкер в собранном виде вставляют в скважину и закачиванием жидкой смолы 11 в тороидальные эластичные камеры 8 создают начальное небольшое распирающее давление, удерживающее анкер в скважине. Используя начальную распертость анкера в скважине, завинчиванием гайки 4 слегка прижимают опорную плитку 3 к устью скважины. Зачтем, нагнетая смолу, наращивают давление в тороидальных эластичных камерах 8, которые, действуя через эластичные шайбы 5 и (Те средней части анкера, перемещают металлические кольцевые клинья 7. Клинья 7, внедряясь в эластичные шайбы 5, распирают их к стенкам скважины в горных породах 10. Дальнейшее повышение давления в трубчатой штанге 1, в полости камер 8 и в эластичных упругих элементах 5,6,8 приводит к рассеканию шайб 5 клиньями 7, которые, достигнув тороидальных камер 8, распарывают их. Это происходит при высоком давлении в скважине. Излившись, смола заполняет сохранившиеся пустоты и смачивает все детали анкера и стенки скважины. При этом высокое давление в скважине, поддерживаемое насосом высокого . давления (не показан), также способствует внедрению смолы в трещины горных пород 10. При таком распираний анкера в скважине эластичная шайба, расположенная у

опорной плитки 3, надежно закрывает устье скважины.

После затвердевания смолы в скважине, трещинах стенки скважины и во внутренних полостях 11 камер и штанги анкер связывает воедино легкорасслаивающиеся породы 10 кровли горных выработок. Анкер работает всей своей длиной связующе, препятствует раскрытию трещин, параллельных слоистости,

Предлагаемый анкер найдет широкое применение, особенно при разработке пластовых месторождений в породах осадочного происхождения. Айкер можно использовать и при укреплении горных пород вокруг одиночных выработок.

Технико-экономический эффект при использовании данного анкера достигается за счет повышения эксплуатационной надежности крепления горных выработок, повы- шения эффективности укрепления пород созданием объемной грузонесущей системы из сталеполимерного анкера и омоноли- ченного массива.

Формула изобретения

Анкер, включающий металлическую штангу с ограничительной головкой на глубинном конце, последовательно установленные на штанге комплекты из эластичных

колец, чередующихся с металлическими шайбами, опорную плитку и натяжную гайку, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности анкера в породах, склонных к расслоению,

он снабжен тороидальными эластичными камерами, размещенными между эластичными кольцами, а шайбы выполнены в виде металлических кольцевых клиньев, повернутых острием к головке штанги, при этом

контактирующий с плиткой комплект выполнен без камеры с металлическим клином, повернутым острием к плитке, причем штанга выполнена трубчатой, полость которой соединена с полостями камер для нагнетания в них при установке анкера твердеющей смолы.

Изобретение относится к креплению горных выработок. Цель - повышение эксплуатационной надежности анкера е породах, склонных к расслоению. Анкер включает металличеекую трубчатую штангу