анкер шахтной крепи

Формула изобретения

1. Анкер шахтной крепи, включающий грузонесущий стержень из композиционного материала, имеющий головную часть и хвостовик, снабженный резьбой и гайкой, отличающийся тем, что стержень выполнен сплошным в поперечном сечении, оснащен уширениями на головной части и хвостовике, выполненными заодно с основной частью стержня, резьба хвостовика размещена непосредственно на его уширении, уширение на головной части снабжено винтовой канавкой, при этом внутренние диаметры винтовой канавки и резьбы хвостовика совпадают с диаметром основной части стержня между уширениями или превышают его, а гайка хвостовика выполнена из высокопрочного полимера.

2. Анкер по п.1, отличающийся тем, что в качестве композиционного материала стержня использован стеклопластик или базальтопластик.

3. Анкер по п.1, отличающийся тем, что отношение площади поперечного сечения каждого из уширений к площади поперечного сечения основной части стержня составляет 1,5÷2,0.

4. Анкер по п.1, отличающийся тем, что резьба хвостовика выполнена с углом наклона зуба 18-22° и шагом 10÷16 мм.

5. Анкер по п.1, отличающийся тем, что длина каждого из уширений составляет 200÷500 мм.

6. Анкер по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокопрочного полимера гайки хвостовика использован стеклонаполненный полиамид.

7. Анкер по п.1, отличающийся тем, что гайка хвостовика оснащена срезаемой мембраной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности, в частности к анкерам крепления контура горных выработок.

Из уровня техники известен анкер по свидетельству РФ на полезную модель №28893 (опубл. Бюл. №11, 20.04.2003), включающий грузонесущий стержень с резьбой на хвостовике под гайку и профильной поверхностью головной части.

Недостатками известного анкера, выполненного из стали, являются: высокая первоначальная стоимость; значительный вес, усложняющий транспортировку и установку в шпур; возможность возникновения фрикционного искрения в процессе установки; необоснованные запасы прочности при использовании в благоприятных горно-геологических условиях; высокая прочность на срез, обусловливающая сложность разрушения его исполнительными органами комбайнов, и возможность повреждения механизмов и конвейеров; не обеспеченность равнопрочности стержня анкера по его длине за счет выборки материала при нанесении резьбы; значительно сниженные эксплуатационные возможности - из-за подверженности металла коррозии анкер нецелесообразно использовать в обводненных породах, а из-за низкой податливости - в подготовительных выработках, крепь которых работает в режиме неустановившегося горного давления; несбалансированность сочетания основных параметров крепи - несущей способности и податливости.

Известен анкер, принятый за прототип, по свидетельству РФ на полезную модель №39359 (опубл. Бюл. №21, 27.07.2004), включающий грузонесущий стержень из композиционного материала, имеющий головную часть и хвостовик, снабженный резьбой и гайкой.

Конструкция анкера по прототипу имеет ряд недостатков. Трубчатый стержень недостаточно эффективно сопротивляется сжатию поперек волокон; прочность закрепления в шпуре стержня с гладкой поверхностью невысока. Наличие втулки, на которую накручивается гайка, заглушки увеличивает число сборочных единиц, что снижает надежность функционирования анкера. Ослабленное поперечное сечение трубчатого стержня ведет к снижению несущей способности анкера, не обеспечивает равнопрочность материала стержня по его диаметру, его нецелесообразно использовать для предотвращения расслоения породного массива и образования вывалов, нагрузка от которых должна восприниматься анкером. Возникновение в процессе эксплуатации анкера концентрации напряжений на границе перехода от втулки к основной части стержня нарушает равнопрочность стержня по длине. Гладкая поверхность податливого стержня приводит к снижению анкерирующей способности, снижает сдвиговую прочность закрепления, что отрицательно скажется на эффективности использования анкера в рыхлых массивах, из породы он будет выдавливаться. Таким образом, сочетание основных параметров крепи - несущей способности и податливости - в анкере по прототипу не оптимизированы, что ограничивает его эксплуатационные возможности и эффективность использования.

Задачей заявляемого технического решения является создание конструкции эффективного в использовании анкера шахтной крепи, позволяющего расширить эксплуатационные возможности и надежность путем обеспечения высокой несущей способности в режиме податливости, за счет улучшения перемешивания анкером закрепляющего состава и увеличения площади контакта с ним с сохранением равнопрочности стержня анкера по его длине, оптимального сочетания свойств материала с геометрией поперечного сечения стержня анкера при одновременном повышении технологичности установки анкера в шпур.

Поставленная задача решается предлагаемым анкером шахтной крепи, включающим грузонесущий стержень из композиционного материала, имеющий головную часть и хвостовик, снабженный резьбой и гайкой. Особенность заключается в том, что стержень выполнен сплошным в поперечном сечении, оснащен уширениями на головной части и хвостовике, резьба хвостовика размещена непосредственно на его уширении, уширение на головной части снабжено винтовой канавкой, при этом внутренние диаметры винтовой канавки и резьбы хвостовика совпадают с диаметром основной части стержня между уширениями или превышают его, а гайка хвостовика выполнена из высокопрочного полимера.

В частности, в качестве композиционного материала стержня использован стеклопластик или базальтопластик.

В частности, отношение площади поперечного сечения каждого из уширений и площади поперечного сечения основной части стержня составляет 1,5-2,0.

В частности, резьба хвостовика выполнена с углом наклона зуба 18-22° и шагом 10-16 мм.

В частности, длина каждого из уширений составляет 200-500 мм.

В частности, в качестве высокопрочного полимера гайки хвостовика использован стеклонаполненный полиамид.

В частности, гайка хвостовика оснащена срезаемой мембраной.

Заявляемый анкер шахтной крепи отличается от прототипа сплошным поперечным сечением стержня (в прототипе стержень трубчатый); переменным диаметром самого стержня по длине (в прототипе стержень постоянного диаметра по всей длине); иной профилированной поверхностью головной части и хвостовика (в прототипе поверхность головной части стержня - гладкая, а профилированность хвостовика достигается за счет дополнительного конструктивного элемента анкера - втулки); приданием головной части стержня функции перемешивателя.

Предлагаемый анкер шахтной крепи содержит (см. чертеж) грузонесущий стержень 1 с уширением 2 на головной части, оснащенным винтовой канавкой 3, и уширением 4 на хвостовике с резьбой 5 под гайку 6.

Процесс закрепления анкера осуществляется в следующей последовательности. В пробуренный шпур вводятся ампулы с быстродействующим полимерным составом. Затем стержнем 1 ампулы досылают до упора первой из них в окончание шпура, подсоединяют к гайке 6 буровую машину и включают ее. Буровая машина за гайку 6 со срезной мембраной (условно не показана) начинает вращать анкер и подавать его до упора, разрушая ампулы и перемешивая их содержимое. Когда происходит отверждение полимерного состава в шпуре, сопротивление вращению анкера возрастает и происходит разрушение срезаемой мембраны гайки 6, гайка 6 накручивается на анкер до упора в подхват. На этом операция установки анкера заканчивается.

Физико-механические характеристики предлагаемого анкера:

Плотность стеклопластикового стержня, кг/м 3	1950-2150
Предел прочности стержня при растяжении,
сжатии и изгибе, МПа	не менее 1300
Модуль упругости стержня при растяжении,
МПа	не менее 50000
Прочность стержня при срезе поперек
волокон, МПа	не менее 185
Относительное удлинение при разрыве, %	не менее 2,5
Разрушающий крутящий момент при
кручении стержня, Н·м	не менее 30
Разрушающий крутящий момент при срезе
мембраны гайки, Н·м	19,6-25,5
Несущая способность анкера, кН	не менее 55
Диаметр основной части стержня, мм	14,5
Наружный диаметр уширений на головной
части и хвостовике стержня, мм	20

Длина стержня анкера может быть любой по заказу потребителя.

Заявляемая конструкция анкера шахтной крепи прошла сертификационные и эксплуатационные испытания. Изготовление стержня анкера переменного сечения методом продольно-поперечной намотки позволило получить изделие с высокими механическими характеристиками, адгезионными свойствами поверхности, доступной стоимостью и стабильным качеством, т.е. удовлетворить давно существующую потребность угледобывающих предприятий.