Анкер для крепления горных выработок Советский патент 1993 года по МПК E21D21/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к анкерной крепи и может быть использовано при моделировании горных выработок на эквивалентных материалах.

Известна анкерная крепь, податливый узел которой включает цилиндрическую втулку с упругим податливым элементом внутри (1).

Недостатком указанной крепи является то, что она работает в режиме нарастающего сопротивления, т.к. при протягивании упругого податливого элемента через втулку происходит ее разрушение с уменьшением как длины, так и площади поперечного сечения.

Известен также анкер для крепления горных выработок, включающий металлопо- лимерную штангу и шарнирно закрепленные на ней тарельчатые распорные пружины, внедряющиеся в стенки шпура (2).

Недостатком данного анкера, работающего в режиме нарастс::.., о .ротивле- ния является шарнирное крепление на штанге распорных тарельчатых пружин, произвольный поворот которых без фиксированного угла наклона их стенок к оси штанги не обеспечивает максимальное усилие распора, а удлинение штанги с уменьшением ее сечения снижает несущую способность анкерной крепи в целом.

Известен также принятый за прототип податливый- анкер, включающий штангу с установленной на ней тарельчатой пружиной, опорную плиту, гайку и узел податливости; в котором хвостовик штанги протягивается в специальной фильере (3).

Недостатком данного анкера является то, что здесь не обеспечивается постоянное сопротивление анкерной крепи при работе в податливом режиме в результате того, что при протягивании через фильеру происходит уменьшение диаметра хвостовика штанги и его удлинение и, в целом, удлинение всего анкера, и невозможность поэтому получения стабильного максимального усилия распора при моделировании на эквивалентных материалах.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение постоянного сопротив- ления анкерной крепи в податливом режиме и получение максимального усилия распора при моделировании на эквивалентных материалах.

Поставленная цель достигается тем, что узел податливости выполнен в виде цилиндрического стакана с навинченной на него втулкой с центральным отверстием для свободного прохода штанги, а внутри стакана размещен упругий элемент с центральным

отверстием, диаметр которого меньше диаметра штанги, при этом тарельчатая пружина установлена на штанге с торцевой стороны стакана с возможностью свободного перемещения, а наружная торцевая часть стакана и сопрягающаяся с ней поверхность тарельчатой пружины выполнены с одной и той же вогнутой конусностью с углом наклона к оси штанги, равным 50-70° в зависимости от прочностных свойств моделируемых пород.

На чертеже изображена анкерная крепь, общий вид.

Анкерная крепь состоит из штанги 1,

опорной плиты 2, гайки 3, цилиндрического стакана 4, распорной втулки 5, упругого податливого элемента с центральным отверстием б и тарельчатой пружины с лапками 7. Цилиндрический стакан 4, распорная

втулка 5 и упругий элемент 6 составляют узел податливости, который фиксируется в скважине в стационарном положении посредством ограничения перемещения его тарельчатой пружины 7 путем внедрения ее

лапок в стенки скважины,

Анкер работает следующим образом. На заданном отрезке штанги 1 устанавливают податливый узел. Затем ввинчиванием втулки 5 в стакан 4 задают

необходимый распор упругому элементу 6. На этой стадии производят тарировку анкера с целью установления расчетной несущей способности штанги. После этого штангу вместе с податливым узлом подают

в скважину. Затем с помощью досылочной трубы (не показано) подается тарельчатая пружина с лапками 7 до плотного контакта с конической торцевой поверхностью стакана 4. Придерживая трубу, подтягивают

штангу к устью скважины с целью фиксации тарельчатой пружины и внедрения ее лапок в стенки скважины.

Монтаж анкера заканчивается установкой на хвостовике штанги 1 опорной плиты

2 и гайки 3.

Тарельчатая пружина и торцевая часть стакана выполнены в виде усеченных конусов с одинаковым предельным углом наклона образующей к оси штанги, равным 90° -р% где/з- угол внутреннего трения пород. При этом угле наклона достигается максимальное усилие распора тарельчатых пружин для широкого диапазона моделируемых пород, от хрупких до пластичных, у которых угол внутреннего трения р изменяется от 20° для пластичных пород, до 40° - для хрупких. В соответствии с этим угол наклона лапок тарельчатых пружин к оси штанги изменяется в диапазоне 50-70°.

Конструкция предложенного анкера предназначена для использования в выработках, воспроизводимых в масштабе подобия на моделях из эквивалентных материалов, при изучении влияния анкерной крепи на смещения контура выработок. Перед установкой анкеров в моделях производят калибровку штанг и последующую тарировку всей партии анкеров. При этом материал упругого элемента и его размеры подбирают экспериментально, исходя из заданных силовых параметров анкера.

Плоскую модель, толщиной 20 см, изготавливают слоистой и трещиноватой, например, из песчано-эпоксидной смеси; мощность горизонтальных слоев постоянная и равна 1 см, а насечка слоев через 1 см в двух взаимноперпендикулярных направлениях имитирует две системы нормально секущих трещин. Таким образом весь массив модели разбит на отдельности кубической формы с размером грани, равном 1 см. Подобное строение массива соответствует в натурных условиях слоистым песчано-гли- нистым сланцам.

Массив модели размещен в кольцевом стенде, конструкция которого позволяет задавать нагрузки на нее в вертикальном и горизонтальном направлениях в плоскости

0

5

0

5

0

модели с помощью пневматических баллонов с жестким основанием. В третьем направлении деформировании массива модели ограничено металлическими стяжками с опорными площадками на их концах, причем их устанавливают при изготовлении модели, укладывая по слоям по всему массиву по квадратной сетке с плотностью 5x5 см.

В середине модели проходят выработку, отстающую от краевой части модели на 3-4 ее диаметра. Из выработки посредством ручного или электромеханического шнека по определенной схеме выбуривают шпуры под анкеры; уборку штыба особенно в шпурах, расположенных в почве, производят продувкой воздушной струей.

Испытания предлагаемого анкера в модели дали положительные результаты, а сами анкеры остались пригодными к дальнейшим повторным экспериментальным работам.

По сравнению с прототипом предлагаемый анкер позволяет отказаться от изготовления сложной специальной фильеры, хвостовика и соединительной муфты, то есть, от узлов, которые практически неосуществимы для моделируемых анкеров в масштабе подобия.

Изобретение относится к горной промышленности. Цель - обеспечение постоянного сопротивления анкерной крепи в податливом режиме и получение максимального усилия распора при моделировании на эквивалентных материалах. Для этого узел податливости выполнен в виде цилиндрического стакана 4 с навинченной на него распорной втулкой 5. Внутри стакана 4 размещен упругий элемент 6 с центральным отверстием для прохода штанги 1. Тарельчатая пружина 7 установлена с возможностью перемещения на штанге 1. Торцевая часть стакана 4 и сопрягающаяся с ней поверхность пружины 7 выполнены с одной и той же вогнутой конусностью с углом наклона к оси штанги, равным 50-70° в зависимости от прочностных свойств моделируемых пород. При работе анкера штанга 1 подтягивается к устью скважины, перемещаясь с усилием в упругом элементе 6 до фиксации тарельчатой пружины 7 и внедрения ее лапок в стенки скважины. 1 ил.

Формула изобретения Анкер для крепления горных выработок, включающий штангу с установленной на ней тарельчатой пружиной, опорную плиту, гайку и узел податливости, отличающийся тем, что, с целью обеспечения постоянного сопротивления анкерной крепи в податливом режиме и получения максимального усилия распора при моделировании на эквивалентных материалах, узел податливости выполнен в виде цилиндрического стакана с навинченной на него распорной втулкой с центральными от

верстиями для свободного прохода штанги, а внутри стакана размещен упругий элемент с центральным отверстием, диаметр которого меньше диаметра штанги, при этом тарельчатая пружина установлена на штанге с торцовой стороны стакана с возможностью свободного перемещения, а наружная торцовая часть стакана и сопрягающаяся с ней поверхность тарельчатой пружины выполнены с одной и той же вогнутой конусностью с углом наклона к оси штанги 50-70° в зависимости от прочностных свойств моделируемых пород.