RU232470U1 - Анкер самоврезающийся многократного использования - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к анкеру самоврезающемуся многократного использования. Техническим результатом является повышение срока службы и надёжности самоврезающегося анкера. Анкер включает стержень и опорную шайбу. Головная часть стержня имеет режущие кромки для бурения горной породы. Боковая поверхность стержня снабжена резьбой с режущими кромками, а также канавками для эскалации отбуренной породы. Сопряжение головной части анкера с анкерным стержнем выполнено разборным. 9 з.п. ф-лы, 18 ил.

Description

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к анкерному креплению горных выработок, и может использоваться, в частности, для крепления кровли и бортов выработок в шахтах и рудниках, в том числе опасных по газу и пыли, а также при строительстве иных подземных сооружений.

При отработке месторождений полезных ископаемых подземным способом и производстве подземных объектов особую важность имеет надёжность крепления горных выработок.

Известны различные виды и конструкции анкерной крепи, основным элементом которых является анкерный стержень, вводимый в предварительно пробуренный шпур и закрепляемый в нём. Данные конструкции различаются методикой закрепления анкера в шпуре: замковый анкер, фрикционный анкер, клинораспорный анкер, химически закрепляемый анкер, взрывораспорный анкер и другие. Общими недостатками таких конструкций анкерной крепи являются малая скорость установки, а также большие трудозатраты, что обусловлено необходимостью выполнения операции бурения шпура в горном массиве перед установкой анкерной крепи.

В частности, известен сталеполимерный анкер (патент РФ на полезную модель № 107548), включающий стержень, выполненный из проката винтового профиля для горной промышленности с диаметрально расположенными серповидными поперечными выступами, идущими по однозаходной винтовой линии, разделёнными друг от друга двумя диаметрально расположенными продольными свободными зонами, опорную плитку и гайку, отличающийся тем, что винтовой профиль проката ГП имеет угол подъёма не более 7° и шаг витка 9 мм, чем обеспечивает самоконтрящуюся конструкцию узла «гайка-стержень» зажимного устройства анкера.

Данный анкер вставляется в предварительно пробуренный шпур вместе с ампулами с закрепляющим составом, после чего стержень анкера приводится во вращение и разрывает оболочку ампул, компоненты закрепляющего состава перемешиваются и схватываются, закрепляя замковую часть стержня в шпуре. После отверждения закрепляющего состава производится завинчивание натяжной гайки.

Недостатками аналога является длительность и сложность технологических операций, обусловленная необходимостью предварительного бурения шпура перед установкой анкера, а также временными затратами на отверждение закрепляющего состава.

Известен также клинораспорный анкер (патент РФ на полезную модель № 150970), включающий металлический стержень, металлический клин, головку стержня с продольной щелью, концевая часть которого выполнена в форме усечённого конуса, отличающийся тем, что головка стержня имеет зубчатую наружную поверхность.

Установка клинораспорного анкера в шпур производится следующим образом. Анкерный стержень помещают в предварительно пробуренный шпур и забивают до упора, при этом расположенный на головной части анкера металлический клин раздвигает стенки головки стержня, а зубья, имеющиеся на её поверхности, врезаются в породные стенки шпура, обеспечивая несущую способность анкера.

Недостатком данного аналога является необходимость предварительного бурения шпура перед установкой анкера.

Известен анкер самоврезающийся (патент РФ № 226463), включающий стержень, опорную шайбу и натяжную гайку, отличающийся тем, что головная часть стержня имеет режущие кромки для бурения горной породы, боковая поверхность стержня снабжена резьбой с режущими кромками, а также канавками для экскавации отбуренной породы.

Недостатками анкера (патент № 226463) является малый срок службы ввиду быстрого износа головной части, что приводит к невозможности его повторного использования. Данный анкер не имеет составных частей, что определяет использование единой марки стали при его изготовлении (за исключением твёрдосплавных вставок в его головной части)

Задачей полезной модели является увеличение эффективности проведения горных работ.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение срока службы и надёжности самоврезающегося анкера.

Технический результат достигается, прежде всего, тем, что головная часть стержня имеет режущие кромки для бурения горной породы, боковая поверхность стержня снабжена резьбой с режущими кромками, а также канавками для экскавации отбуренной породы, при этом сопряжение головной части анкера с анкерным стержнем выполнено разборным.

Достижению технического результата могут также способствовать следующие особенности исполнения полезной модели:

головная часть анкера имеет выступ, а анкерный стержень содержит выемку, форма которой соответствует форме выступа головной части анкера;

анкерный стержень имеет выступ, а головная часть анкера содержит выемку, форма которой соответствует форме выступа головной части анкера;

выступы и выемки головной части анкера и анкерного стержня содержат резьбу;

выступы и выемки головной части анкера и анкерного стержня имеют форму прямой призмы;

выступы и выемки головной части анкера и анкерного стержня имеют форму усечённой пирамиды;

стержень и головная часть анкера имеют внутренние каналы;

верхняя часть стержня выполнена разъёмной с остальной частью стержня;

анкер содержит дополнительную вставку между стержнем и головной частью анкера;

внешняя форма вставки между стержнем и головной частью анкера идентична внешней форме верхней части стержня.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где

на фиг. 1 показан анкер самоврезающийся многократного использования с отдельной головной частью в разобранном виде, выполненной в виде трёхпёрого бурового резца.

На фиг. 2 показан разрез А-А, показанный на фиг. 1.

На фиг. 3 показан анкер с отдельной головной частью в собранном виде.

На фиг. 4 показан анкер с заменяемой нарезающей частью анкерного стержня в разобранном виде.

На фиг. 5 показан анкер с заменяемой нарезающей частью анкерного стержня в собранном виде.

На фиг. 6 показан анкер с двумя последовательно устанавливаемыми нарезающими частями анкерного стержня в разобранном виде.

На фиг. 7 показан анкер с двумя последовательно устанавливаемыми нарезающими частями анкерного стержня в собранном виде.

На фиг. 8 показан замковый выступ с резьбой.

На фиг. 9 показан вид сверху замкового выступа с резьбой.

На фиг. 10 показан замковый выступ в виде четырёхгранной прямой призмы.

На фиг. 11 показан вид сверху замкового выступа в виде четырёхгранной прямой призмы.

На фиг. 12 показан замковый выступ в виде усечённой четырёхгранной пирамиды.

На фиг. 13 показан вид сверху замкового выступа в виде усечённой четырёхгранной пирамиды.

На фиг. 14 показана головная часть анкера с одной твёрдосплавной пластиной.

На фиг. 15 показан разрез Б-Б, показанный на фиг. 13.

На фиг. 16 показана головная часть анкера, выполненная в виде трёхпёрого бурового резца с тремя твёрдосплавными пластинами и состоящая из четырёх ступеней. Нижняя (замковая) ступень представляет собой цилиндрический выступ с резьбой. Выше нижней ступени располагается зажимная ступень, которая может быть выполнена в виде прямой призмы, боковые грани которой позволяют использовать инструмент (гаечный ключ) для затяжки резьбы замковой ступени. Верхняя ступень (ступень резания) обеспечивает процесс бурения шпура и ограничена высотой твёрдосплавных вставок 9. Между зажимной ступенью и ступенью резания располагается ступень экскавации, обеспечивающая отвод отбуренной горной массы.

На фиг. 17 показан возможный вариант исполнения полезной модели с продольными канавками, оси которых параллельны оси анкерного стержня.

На фиг. 18 показан разрез В-В, показанный на фиг. 17.

На фигурах позициями обозначены:

1 - анкерный стержень;

2 - головная часть анкера;

3 - боковая резьба;

4 - канавка;

5 - внутренний канал;

6 - опорная шайба;

7 - хвостовик анкера;

8 - нарезающая часть анкерного стержня;

9 - твёрдосплавная вставка;

10 - грани хвостовика анкера;

11 - замковый выступ;

12 - замковая выемка.

Анкер самоврезающийся многоразового использования состоит из выполненного из металла анкерного стержня 1, включающего головную часть 2, на которой выполнены режущие кромки, разрушающие горную породу, и обеспечивающего направленное бурение шпура. На боковой поверхности анкерного стержня 1 выполнена винтовая резьба 3, а также канавки 4 для отвода частиц выбуренной породы из шпура при бурении. Головная часть анкера 2 может быть усилена одной или несколькими твёрдосплавными вставками 9, обеспечивающими эффективное бурение твёрдых горных пород.

Монтаж полезной модели осуществляется следующим образом: анкерный стержень 1 с установленной на него опорной шайбой 6 вставляется в гнездо бурового устройства и устанавливается на месте бурения в необходимом направлении. Затем анкерному стержню 1 придаётся вращательно-поступательное движение, при котором головная часть 2 анкера в забойном пространстве бурит шпур, а режущие кромки боковой резьбы 3 врезаются в горный массив, нарезая на стенках шпура винтовые засечки, за счет которых после окончания бурения стержень анкера 1 по всей площади граней боковой резьбы 3 фиксируются в горной породе, обеспечивая необходимую несущую способность хвостовой части анкера в устье шпура.

Грани хвостовика анкера 10 позволяют эффективно передавать вращающий момент от силового привода установочного инструмента (аппарата для механизированной установки анкерной крепи) на стержень 1 самоврезающегося анкера, обеспечивая при этом эффективную защиту от среза выступов поверхностей хвостовика 7 и гнезда установочного инструмента.

Продольные канавки 4 вдоль стержня 1 при установке позволяют выводить из шпура наружу разрушенную горную массу и могут быть выполнены винтообразными или прямыми. Угол наклона канавок 4 зависит от условий использования анкера. Установка заканчивается при поджатии хвостовиком 7 опорной шайбы 6 к кровле выработки, при этом буровым устройством автоматически создается необходимое усилие затяжки и натяжения анкера.

При установке предлагаемого анкера необходимо обеспечить постоянство соотношения скорости поступательного движения анкерного стержня 1 и угловой скорости его вращения, равное отношению шага боковой резьбы 3 к длине окружности боковой поверхности анкерного стержня 1 (современный буровой инструмент позволяет обеспечить такое постоянство), что позволяет избежать срыва нарезаемых резьбой 3 засечек на стенках шпура 5. Обеспечению выполнения данного условия способствует форма хвостовика 7, позволяющая точно сообщать направление и силу вращения от привода бурового инструмента анкерному стержню 1.

Форма головной части 2 анкера, представляющей собой по своей сути буровой резец, может быть выбрана в зависимости от особенностей буримой породы, для обеспечения оптимальных характеристик бурения и минимизации увода от заданного направления. В большинстве горно-геологических условий оптимально использование головной части 2 анкера в форме двухпёрого или трёхпёрого резца, количество канавок 4 для экскавации отбуренной породы при этом соответствует количеству перьев головной части 2. Головная часть 2 в этом случае имеет несколько режущих кромок, образованных гранями перьев.

Анкерный стержень 1, а также головная часть анкера могут содержать внутренние каналы 5, которые используются для подачи в забой шпура под давлением водной или воздушной среды, способствующей отводу частиц отбуренной горной массы по канавкам и предотвращающей заклинивание анкера в шпуре и перегрев головной части, что способствует повышению ресурса предлагаемого изделия.

Головная часть 2 предлагаемого самоврезающегося анкера переходит в заходную часть боковой резьбы 3, первые витки которой выполнены с постепенно увеличивающимся внешним диаметром и расположены на нарезающей части 8, расположенной в верхней части анкерного стержня 1.

Головная часть 2 выполнена разъёмной с анкерным стержнем 1 посредством резьбового соединения, либо соединения типа «шип-паз» (примеры формы выступов для такого соединения показаны на фиг. 9-12). Это позволяет легко заменять изношенную головную часть 2, режущие кромки которой утратили требуемые характеристики и не могут обеспечить необходимого качества бурения, на новую.

Нарезающая часть 8 также может быть выполнена разъёмной с анкерным стержнем 1 и головной частью 2 посредством резьбового соединения, либо соединения типа «шип-паз» (примеры формы выступов для такого соединения показаны на фиг. 9-12), что позволяет заменять изношенную нарезающую часть 8, резьба которой утратила требуемые характеристики, на новую.

Соединение головной части 8, нарезающей части 2 и анкерного стержня 1 может обеспечиваться посредством резьбы, характеристики которой выбираются исходя из формы и материала данных деталей, а также конкретных горно-геологических условий и особенностей установочного оборудования. В частности, может быть использована резьба прямоугольного профиля, двухзаходная трапецеидальная резьба и другие варианты конструкции.

Форма нарезающей части 8, конфигурация её витков, степень увеличения их внешнего диаметра, характеристики материала, из которой выполнена данная деталь, могут быть выбраны в зависимости от характеристик буримой породы.

В случае необходимости могут быть последовательно установлены две и более нарезающие части 8. При использовании такой конфигурации, в первую очередь, изнашивается верхняя нарезающая часть 8, при этом её режущие кромки неизбежно стачиваются и сминаются, уменьшая диаметр резьбы этой нарезающей части 8. Вследствие этого, в контакт со стенками шпура вступают витки резьбы следующей нарезающей части 8, установленной после первой, диаметр резьбы которой оказывается больше, чем у первой, уже изношенной. Таким образом, увеличивается ресурс изделия, а также повышается качество нарезки резьбы и, как следствие, надёжность установки анкера. Также при последовательной установке нескольких нарезающих частей 8 могут использоваться нарезающие части, выполненные из стали различных марок, что также может положительно влиять на качество установки анкера. В частности, нижняя нарезающая часть 8 может быть выполнена из более пластичной стали, обеспечивающей более плотный контакт со стенками шпура. С этой же целью могут быть использованы различные формы профиля резьбы вставок 8 и стержня 1, а также другие физические и геометрические характеристики узлов изделия.

Взаиморасположение замковых выступов 11 и замковых выемок 12 зависит от расположения канавок 4 на сопрягаемых деталях (головной части 2, нарезающей вставке 8 и анкерном стержне 1), ввиду необходимости их совмещения по угловому расстоянию для обеспечения создания единой канавки (как показано на фиг. 4 и 6).

После использования предлагаемый анкер может быть демонтирован, его части (нарезающая часть 8, головная часть 2, опорная шайба 6) в случае необходимости заменены на новые, после чего анкер может использоваться повторно.

Расстояние от оси анкерного стержня 1 до крайней точки режущей кромки головной части 2 анкера соответствует расстоянию от оси анкерного стержня до впадин боковой резьбы 3. Это позволяет оптимально использовать боковую резьбу 3 для нарезания винтовых засечек на поверхности шпура и обеспечивает максимальный контакт анкерного стержня 1 со стенками шпура.

Вышеперечисленные характеристики позволяют существенно повысить предел выносливости анкера.

Для бурения твёрдых пород головная часть 2 может оснащаться твёрдосплавной вставкой (вставками) 9.

Длина анкерной крепи позволяет закрепить анкерный стержень 1 за пределами контура слабоустойчивых пород. Длину анкерного стержня определяют с учётом характера горного давления и принятой расчётной схемы установки анкерной крепи.

Предлагаемая конструкция анкера способна обеспечить повышенную несущую способность анкера от 5 т и более, в зависимости от характера горно-геологических условий (крепости горных пород).

Полезная модель позволяет обеспечить длительный срок службы изделия и максимальную устойчивость контуров выработки в зависимости от конкретных горно-геологических условий благодаря надёжности установки анкерной крепи, возможности использования деталей, выполненных из различных марок стали, возможности её демонтажа и повторного использования, а также замены изношенных частей конструкции.

Claims (10)

1. Анкер самоврезающийся многократного использования, включающий стержень и опорную шайбу, головная часть стержня имеет режущие кромки для бурения горной породы, а боковая поверхность стержня снабжена резьбой с режущими кромками, а также канавками для эскалации отбуренной породы, отличающийся тем, что сопряжение головной части анкера с анкерным стержнем выполнено разборным.

2. Анкер самоврезающийся многократного использования по п. 1, отличающийся тем, что головная часть анкера имеет выступ, а анкерный стержень содержит выемку, форма которой соответствует форме выступа головной части анкера.

3. Анкер самоврезающийся многократного использования по п. 1, отличающийся тем, что анкерный стержень имеет выступ, а головная часть анкера содержит выемку, форма которой соответствует форме выступа головной части анкера.

4. Анкер самоврезающийся многократного использования по п. 2 или 3, отличающийся тем, что выступы и выемки головной части анкера и анкерного стержня содержат резьбу.

5. Анкер самоврезающийся многократного использования по п. 2 или 3, отличающийся тем, что выступы и выемки головной части анкера и анкерного стержня имеют форму прямой призмы.

6. Анкер самоврезающийся многократного использования по п. 2 или 3, отличающийся тем, что выступы и выемки головной части анкера и анкерного стержня имеют форму усечённой пирамиды.

7. Анкер самоврезающийся многократного использования по пп. 1–6, отличающийся тем, что стержень и головная часть анкера имеют внутренние каналы.

8. Анкер самоврезающийся многократного использования по пп. 1–7, отличающийся тем, что верхняя часть стержня выполнена разъёмной с остальной частью стержня.

9. Анкер самоврезающийся многократного использования по пп. 1–8, отличающийся тем, что он содержит дополнительную вставку между стержнем и головной частью анкера.

10. Анкер самоврезающийся многократного использования по п. 9, отличающийся тем, что внешняя форма вставки идентична внешней форме верхней части стержня.