Способ возведения анкера Советский патент 1993 года по МПК E21D20/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к анкерному креплению горных выработок и может быть использовано при возведении анкеров в строительстве.

Известен способ возведения анкерной крепи, включающий бурение шпура, введение в него грузонесущего стержня с опорным и подпорным элементами,заполнение шпура сыпучим материалом, пороговое пространство которого заполнено замороженной водой, его уплотнение, натяжение

стержня (а.с. СССР № 1373828 Е 21 D 21/00, опубл. вБИ №6, 1988).

Известный способ применим при возведении податливых крепей и достигается относительно низкая несущая способность при ограниченной длине замка анкера, вследствие уменьшения сил трения от присутствия воды в зоне контакта с ыпучёгб материала со стенками шпура и недостаточно плотной упаковки материала.

Известно техническое решение - анкерные патроны Семикрон 2000 фирмы

XI 00

Ю VI

ю

Commercial plastics spectral product ltd.), Великобритания (Современные конструкции анкерной крепи и оборудование для ее установки, применяющееся на зарубежных рудниках. Серия горное производство. ЦНИИИформТЭИчерной металлургии. Выпуск 1.М, 1988 с. 9) согласно которому в шпур вместе, с грузонесущим стержнем и сыпучими материалами вводят восковые микрокапсулы с водой, представляющие пластичный материал.

В известном решении капсулы служат для размещения воды и, при этом, не могут размещаться при уплотнении сыпучего материала в его поровом пространстве, что отрицательно сказывается на прочности анкерного замка, кроме того, отсутствие натяжения анкера для реализации внешнего трения и дилатансионных свойств сыпучего материала, а также наличие оболочки патрона существенно снижают несущую способность подобного анкера.

Наиболее близким аналогом (прототи- помО является способ сооружения анкерной крепи, включающий бурение скважины, введение грузонесущего стержня и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом при воздействии вибрации на глубину Н, натяжение стержня до усилий, превышающих проектные (А.с. СССР №1046531 Е 21 D 21/00, опубл. в БИ №37, 1983).

Недостатком известного способа является ограничение несущей способности анкера разрушением зерен сыпучего мат ериала из-за высоких контактных напряжений под оголовком анкера, неравномерное раин сдгление напряжений и деформаций в сыпучем материале, а также необходимость закрепления и оставления подпорного элемента в скважине во избежание разуплотнения сыпучего материала.

Целью изобретения является повышение несущей способности анкера. Указанная цель достигается тем, что в способе возведения анкерной крепи, включающем бурение скважины, введение в нее грузонесущего стержня с оголовком и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом, вибрирование и запрессовку стержня путем его натяжения до усилий, превышающих проектные, согласно изобретения, заполнение скважины и запрессовку стержня производят по длине скважины по частям циклично, при это в каждом цикле одновременно с сыпучим материалом в скважину вводят гранулированный пластичный заполнитель порового пространства в объеме равном объему порового пространства сыпучего материала, а

при запрессовке одновременно с натяжением стержня задавливают подпорный элемент внутрь скважины с усилием равным усилию натяжения стержня, причем в конце каждого цикла подпорный элемент извлекают. Другим отличием предлагаемого способа является то, что усилие задавливания прилагают в подпорному элементу посредством трубчатых штанг, которые надевают

0

на стержень до упора в подпорный элемент.

Другим отличием предлагаемого способа является то, что для запрессовки стержня используют гидравлическое распорное устройство, Дополнительным отличием пред5 латаемого способа является то, что применяют смесь сыпучего материала с цементным раствором в состоянии потери текучести, но до начала схватывания. Другим дополнительным отличием предлагаемого

0 способа является то, что в качестве пластичного материала используют гранулы сырой глины крупностью до 0,2 мм.

На рисунке представлен анкер в момент установки (фиг. 1) с приложением эпюры

5 радиальных напряжений аг по длине замка анкера (там же); анкер на момент полного формирования анкерного замка по всей длине скважины (фиг. 2); пример осуществления натяжения стержня и запрессовки

0 замка анкера посредством гайки на его выступающей из скважины резьбовой части через промежуточные трубчатые штанги (фиг. 3) и то же с помощью гидравлического распорного устройства (фиг. 4).

5 Возведение анкерной крепи производят следующим образом. В предварительно пробуренную скважину 1 вводят грузонесу- щий стержень 2, имеющий оголовок 3 со стороны ее забоя. Затем, заполняют сква0 жину 1 на необходимую глубину Н смесью сыпучего материала 4 и пластичного материала 5 при уплотнении вибратором(на чертеже не показан), вводят подпорный элемент 6 и осуществляют натяжение стер5 Жня 2 и запрессовку смеси материалов 4 и 5 в скважине 1 через подпорный элемент 6 с усилием Р, превышающим проектную несущую способность анкера (фиг. 10). При этом в отличие от прототипа, пики максимальных

0

радиальных напряжении аг на стенках скважины 1 будут наблюдаться с двух сторон, - со стороны оголовка 3 анкера и подпорного элемента 6 (смотри эпюру). Это значит, что

t- при прочих равных условиях можно достигнуть примерно в два раза большей несущей способности по сравнению с известным техническим решением. Формула для определения необходимой глубины заполнения скважины Н сыпучим материалом 4 при заполнении его перового пространства пластичным материалом 5 остается справедливой т.к. определяет глубину распространения дилатансионных процессов при его нагружении. То есть глубину заполнения определяют по формуле

II F ,„ lnrfSfn)2-s fn)2x М -Sfn-S f riLYF .

Х(0,1Ро+з)

где Н - глубина заполнения скважины сыпучим материалом, см;

F - площадь кольцевого сечения, образованного грузонесущим стержнем и стенками скважины, см кв;

S - периметр сечения скважины, см.

S - периметр сечения грузонесущего стержня, см;

f - коэффициент трения между сыпучим материалом и стенкой скважины;

f - коэффициент трения между сыпучим материалом и грузонесущим стержнем;

п - коэффициент бокового распора;

Y- объемный вес сыпучего материала, г/см куб.,

Ро - проектная несущая способность анкерной крепи, кН.

После завершения цикла запрессовки извлекают из скважины 1 подпорный элемент 6 и вновь заполняют ее сыпучим 4 и пластичным 5 материалами, при воздействии вибрацией, на глубину Н, вновь производят натяжение стержня 2 и запрессовку материалов 4 и 5 в скважине 1 через посредство подпорного элемента 6 с усилием Р, превышающим проектную нагрузку на анкер. Операции повторяют до формирования анкерного замка по всей длине скважины 1 (см. фиг. 2) что дает возможность еще больше увеличить несущую способность анкера. Следует отметить, что в грузонесущем стержне 2 сохраняется усилие предварительного натяжения и после снятия усилия натяжения Р, а в материалах 4 и 5, соответственно, усилия запрессовки.

Наиболее просто заявляемый способ реализуют при посредстве трубчатой штанги 7, которая при затяжке гайки 8 гайковертом (не показан) на резьбовой части 9 анкера, выступающей из скважины 1, позволяет создать одновременно усилие Р натяжения стержня 2 и равное ему усилие запрессовки материалов 4 и 5 (см. фиг. 3).

Для механизации технологического процесса используют гидравлическое распорное устройство 10, соединяемое непосредственно с резьбовой частью 9 анкера и воздействующее через штангу 7 на подпорный элемент 6 (см. фиг. 4).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Жесткий цементный раствор Ц:П 1:2,5 марки 100, В:Ц 0,32 подавали в предварительно пробуренный шпур диаметром 43 мм; после вибрации и уплотнения вибратором ВП-1 с частотой 50 Гц, производили натяжение стержня и по частям циклично запрессовку раствора с усилием Р 10 т, как показано на фиг. 3, через посредство высокопрочной стальной трубы

и подпорного элемента. Усилие натяжения контролировалось динамометром. Сразу после установки штанги, производили ее выдергивание. Несущая способность анкера составила 12 т.

П р и м е р 2. Смесь песка из округлых зерен прочностью на сжатие 150 мПа и крупностью 0,2-0,5 мм гранулами сырой глины крупностью 0,2 мм помещали в шпур диаметром 43 мм вместе со стержнем из

стали 3, имеющим оголовок в замковой его части и резьбу М 20 на выступающем из шпура конце. После запрессовки смеси материалов по частям цикличн о в скважине с усилием 7,5 т. при натяжении анкера до 10

т не зарегистрировано потери несущей способности анкера вплоть до нарушения резьбы на стержне.

При использовании заявляемого способа возведения анкерной крепи достигается

следующий положительный эффект:

- крепь вступает под нагрузку сразу после установки анкера;

-достигается повышение несущей способности анкера за счет более равномерно- го распределения напряжений в замке анкера также в связи с возможностью дополнительного увеличения длины анкерного замка;

- применение относительно дешевых материалов и снижение их расхода в ряде случаев позволяет уменьшить стоимость крепи при увеличении ее несущей способности.

- крепь обладает достоинствами пред- напряженных анкеров.

Формула изобретения

1. Способ возведения анкера, включающий бурение скважины, введение в нее гру- зонесущего стержня с оголовком и подпорного элемента, заполнение скважины сыпучим материалом, вибрирование и запрессовку стержня путем его напряжения до усилий, превышающих проектные, отличающийся тем, что, с целью повышения несущей способности анкера, заполнение скважин и запрессовку стержня производят по длине скважины по частям циклично, при этом в каждом цикле одновременно с сыпучим материалом в скважину вводят гранули- рованный пластичный заполнитель в объеме, равном объему перового пространства сыпучего материала, а при запрессовке одновременно с натяжением стержня задавливают подпорный элемент внутрь сква-

жины с усилием, равным усилию натяжения стержня, причем в конце каждого цикла подпорный элемент извлекают.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что усилие задавливания прилагают к подпорному элементу посредством трубчатых штанг, которые надевают на стержень до упора в подпорный элемент.

3. Способ по п.1,отличающийся тем, что для запрессовки стержня используют гидравлическое распорное устройство.

4. Способ по пп. 1 -3, отличающий- с я тем, что скважину заполняют смеськ из сыпучего материала и цементного раствора в состоянии потери текучести, но до начала схватывания.

5. Способ по пп. 1-3, отличающий- с я тем, что в качестве пластичного материала используют гранулы из сырой глины крупностью до 0,2 мм.

Изобретение относится к горной промышленности. Цель - повышение несущей, способности анкера. Для этого в пробуренную скважину (С) вводят грузонесущий стержень (ГС) с оголовком и подпорный элемент (ПЭ). Затем заполняют С сыпучим материалом, вибрируют и запрессовывают ГС путем его натяжения до усилий, превышающих проектные. Запрессовку ГС производят по длине С по частям циклично. В каждом цикле одновременно с сыпучим материалом в С вводят гранулированный пластичный запол 2 нитель в объеме, равном объему порового пространства сыпучего материала. При запрессовке одновременно с натяжением ГС задавливают ПЭ внутрь С с усилием, равным усилию натяжению ГС. В конце каждого цикла ПЭ извлекают. Усилие задавливания можно прилагать к подпорному элементу посредством трубчатых штанг. Последние надевают на ГС до упора в ПЭ и перемещают вдоль него посредством затяжки гайки на резьбовом конце. Для запрессовки ГС можно использовать гидравлическое устройство. Причем С можно заполнять смесью из сыпучего материала и цементного раствора в состоянии потери текучести, но до начала схватывания. В качестве пластичного материала можно использовать гранулы из сырой глины крупностью до 0,2 мм. После установки анкер сразу включается в работу. Повышение несущей способности анкера достигается за счет более равномерного распределения напряжений в его замке. 4 з.п., 4 ил. (Л С

Фаг. 2

Фиг.З