E21D20 - Установка анкерних болтів (анкерні болти для шахт, тунелів і виробок E21D 21/00; кошти анкерування конструктивних елементів або шпунтових стінок при зведенні основ і фундаментів E02D 5/74; дюбелі, нагелі і інші пристрої, що укріплюються в отворах стін F16B 13 / 00)
Власники патенту RU 2312221:
Відкрите Акціонерне товариство "Севуралбоксітруда" (RU)
Винахід відноситься до гірської промисловості, зокрема до кріплення гірничих виробок анкерами глибокого закладення. Забезпечує надійність, економічність за коштами і часу, простоту виконання за рахунок механізації важкої ручної праці при установці цільного стрижневого анкера за допомогою пристрою для досилання анкера в шпур. Спосіб включає буріння шпуру, введення в шпур необхідного числа ампул з хімічної твердіє сумішшю. Далі загострений кінець анкера, довжина якого перевищує висоту вироблення, вводять в шпур, а інший кінець залишають на підошві виробки. За допомогою загостреного металевого стержня, що має довжину, рівну ходу подачі телескопного перфоратора, з'єднують в "замок" стрижень анкера і опорну шайбу анкера. Зусиллям телескопного перфоратора переміщують "замок" до гирла шпуру. Операцію переміщення повторюють до отримання можливості з'єднання перфоратора з головкою анкера, за яку виробляють обертання анкера для руйнування і перемішування ампул. Анкер утримують в шпурі до повної полімеризації суміші. Буріння шпуру і установку анкера глибокого закладення виробляють одним телескопного перфоратором. 3 з.п. ф-ли, 2 мул.
Винахід відноситься до гірської промисловості, зокрема до кріплення гірничих виробок анкерами глибокого закладення.
Анкерне кріплення глибокого закладення необхідна для того, щоб підвісити заштангованную товщу порід до верхніх, більш міцним верствам або структурним блокам порід, тим самим зменшити деформації вигину, розшарування і зміщення порід в грузонесущей конструкції, штучно сформованої в покрівлі виробки при закріпленні її анкерами типового розміру довжиною 1,8 м.
До недоліку відомого способу установки сталеполімерних анкерів можна віднести те, що вона не забезпечує кріплення гірського масиву на велику глибину. Даний спосіб використовується для кріплення гірничих виробок на глибину до 2 метрів, проте, при великих прольотах покрівлі виробок, при кріпленні покрівлі сполучень виробок, при наявності нестійких порід в покрівлі, при довгому терміні експлуатації гірничої виробки, а також в якості сейсмостійкого анкерного кріплення при веденні гірських робіт в умовах динамічних проявів гірського тиску необхідно застосування анкерного кріплення глибокого закладення.
Однак даний спосіб кріплення не застосовують для установки цільного анкера глибокого закладення. У відомому способі використовують комбінований анкер, складовою стрижень з декількох відрізків, з'єднаних між собою різьбовими муфтами. Різьба муфт і стикувальних частин анкера, виконана з особливими умовами, робить відомий спосіб установки анкера глибокого закладення металомістких, складним по виконанню. Вартість анкера збільшується за рахунок того, що кожна муфта виконана з більш якісної сталі, ніж стрижень анкера. Процес нарізання різьби, виготовлення відповідних муфт, збірка анкера при установці - все це витратні моменти як за часом, так і за коштами. До недоліків відомого комбінованого анкера відноситься і те, що міцність металу при термообробці зменшується, що знижує несучу здатність анкерного кріплення, особливо при вибухових роботах або при гірському ударі.
Таким чином, до недоліків цього способу можна віднести складність виготовлення анкера, високу його вартість, а також зниження несучої здатності анкера.
Завдання, на вирішення якої спрямовано винахід, полягає в розробці способу установки анкерів глибокого закладення, що відповідає вимогам надійності, економічності за коштами і часу, простоти виконання.
Технічний результат досягається за рахунок механізації важкої ручної праці при установці цільного стрижневого анкера за допомогою пристрою для досилання анкера в шпур.
Для вирішення поставленого завдання в відомому з прототипу способі установки анкера глибокого закладення, що включає буріння шпуру, введення в шпур необхідного числа ампул з хімічної твердіє сумішшю і анкера, що складається з стержня з елементами кріплення у вигляді опорної шайби і головки, руйнування ампул і перемішування суміші глибинним загостреним кінцем анкера за допомогою його обертання, його утримання в шпурі до повної полімеризації суміші, відповідно до винаходу загострений кінець анкера, довжина якого перевищує висоту вироблення, вводять шпур, а інший кінець залишають на підошві виробки, за допомогою загостреного металевого стержня, що має довжину, рівну ходу подачі телескопного перфоратора, з'єднують в «замок» стрижень анкера і опорну шайбу, зусиллям телескопного перфоратора переміщують «замок» до гирла шпуру, забезпечуючи переміщення анкера уздовж останнього, операцію переміщення повторюють до отримання можливості з'єднання перфоратора з головкою анкера, за яку виробляють обертання анкера, при цьому буріння шпуру і установку анкера глибокого закладення виробляючи т одним телескопного перфоратором.
Крім того, буріння шпуру проводять в два етапи, спочатку бурять шпур на довжину штанги, потім за допомогою комплекту штанг і перехідних конусних муфт виробляють добурюванні шпуру до необхідної довжини.
Причому загострені кінці анкера і металевого стержня виконують у вигляді чотирикутної піраміди з гострим кутом в осьовому перерізі, а головку анкера штампують за допомогою матриці відповідно до поглибленням під обертачі перфоратора.
На відміну від прототипу в шпур вводять цілісний анкер, який знаходиться в зігнутому напруженому стані, так як довжина анкера перевершує висоту вироблення і дослати його вручну в шпур практично неможливо, досилання анкера в шпур виконують за допомогою загостреного металевого стержня, що має довжину, рівну ходу подачі телескопного перфоратора. Стрижень анкера і опорну шайбу за допомогою металевого стержня з'єднують в «замок», потім зусиллям телескопного перфоратора «замок» переміщують до гирла шпуру. Операцію переміщення повторюють до тих пір, поки не з'явиться можливість вставити головку анкера, за яку виробляють його обертання, в поглиблення під обертачі перфоратора. Анкер обертають до повного руйнування ампул, перемішування хімічних компонентів і їх затвердіння.
Таким чином, трудомісткий процес введення і досилання анкера глибокого закладення механізований. Цілісність анкера, встановленого із застосуванням ампул з твердеющим складом, забезпечує його равнопрочность по всій довжині, надійну несучу здатність. Загострений металевий стрижень простий у виготовленні, легко і швидко монтується в «замок» і демонтується, робить процес установки анкера глибокого закладення економічним за коштами і часу. Буріння шпуру і установка анкера глибокого закладення, виконані одним телескопного перфоратором, спрощують процес кріплення гірничої виробки.
Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу.
Застосовувана в даний час анкерне кріплення глибокого закладення є штангу з стрижня періодичного профілю зі сталі класу A-III з номінальним діаметром 16-18 мм із проштампованою «на гарячу» головкою для утримання опорної плитки необхідного типорозміру.
Анкерне кріплення глибокого закладення довжиною 3,5 м встановлюється на цементно-піщаний розчин, що нагнітається за допомогою стиснутого повітря, в шпури діаметром 40-55 мм.
Недоліком цього способу є трудомісткість процесу. Буріння шпуру довжиною 3,5 м, діаметром 40-55 мм виробляється за нормою часу 0,764 години або 46 хв. Трудомісткий процес приготування вручну піщано-цементного розчину, використання застарілого нетехнологічного обладнання для нагнітання розчину в шпур, збільшена витрата стисненого повітря, установка вручну анкера в шпур, довжина якого перевищує висоту вироблення - все це негативні моменти застосовуваної технології установки анкерного кріплення глибокого закладення. Норма часу на установку - 0,244 години. Загальний час: буріння + установка - 1,008 години на один анкер. При цьому затвердіння розчину в шпурі до мінімально необхідної міцності 60-80% відбувається на 7 добу, а 100% кристалізація розчину відбувається на 28 добу після установки кріплення. За цей час незакріплена цим видом кріплення покрівля виробок може зазнати критичні деформації руйнування.
Фахівцями шахти «Кальинское» ВАТ «СУБР» розроблений спосіб установки сталеполімерной анкерного кріплення глибокого закладення, який є технологічним, відповідає вимогам безпечного ведення гірничих робіт. Анкери довжиною 3,5 м, встановлені із застосуванням полімербетонних ампул, мають високу несучу здатність, вступають в роботу відразу після установки, перешкоджають розвитку деформації порід.
Буриться шпур коронкою діаметром 28 мм, довжиною 3,5 м в три рази швидше, ніж шпур тієї ж довжини коронкою діаметром 40-55 мм. Час буріння, за даними хронометражу, становить 15 хвилин.
Встановлюється анкер з стрижня періодичного профілю з номінальним діаметром 20 мм спільно з полімерними ампулами, який зігнути при встановленні вручну в невисокій виробленні практично неможливо, на відміну від анкерів на цементно-піщаному розчині з номінальним діаметром 16-18 мм.
При установці використовується телескопного перфоратор ПТ-48, на відміну від ручного регулювання анкерів на цементно-піщаний розчин.
Загальний час установки сталеполімерного анкера довжиною 3,5 м становить в середньому 6 хвилин, а час на установку такого ж анкера на цементно-піщаному розчині становить в середньому 15 хвилин, норма часу на установку сталеполімерного анкера довжиною, яка дорівнює 3,5 м: буріння + установка - 0,679 години.
Опис процесу кріплення сталеполімерной анкерним кріпленням глибокого закладення
Спочатку бурять шпур коронкою діаметром 28 мм телескопного перфоратором ПТ-48 на довжину 1,8 м звичайним способом за допомогою комплекту бурових штанг 5, фіг.1 ( «номерів»). Потім в пробурених шпур вставляють конусну бурову штангу з коронкою і за допомогою комплекту номерів і перехідних конусних муфт виробляють добурюванні свердловин до необхідної довжини 3,5 м.
Технологія установки, фіг.1 (загальний вигляд), вузол А фіг.1 зображений на фіг.2.
У пробурених шпур 1 вводять вручну необхідну кількість ампул 6, наприклад 5 штук, які утримують від випадання стопорними кільцями (на кресленні не показано). Потім в шпур заводять глибинний загострений кінець анкера 2, при цьому анкер контурним кінцем лежить на підошві виробки, а сам стержень анкера знаходиться в зігнутому пружному стані. Потім за допомогою загостреного металевого стержня 4 (вузол А), довжина якого дорівнює ходу подачі телескопного перфоратора ПТ-48, довжина 0,45 м, з'єднують в «замок» стрижень анкера 2 і опорну шайбу 7. З'єднання в «замок» необхідно для переміщення анкера в шпур за допомогою зусилля телескопного перфоратора 3. Далі «замок» переміщують до гирла шпуру за допомогою перфоратора ПТ-48, тим самим забезпечується введення анкера в шпур. Операцію повторюють 5-7 разів, поки під анкер можна буде завести вращатель, за допомогою якого при обертанні анкера розмішується полімербетонний склад. Телескопного перфоратор встановлюють співвісно з шпурів. Анкери довжиною 3,5 м зі сталі A-III-20 виготовляють в механічній майстерні шахти. Головка 8 спеціального профілю під вращатель з плоским поглибленням штампують за допомогою матриці. Для зручності безперешкодного введення анкера в шпур глибинний кінець анкера загострюють у вигляді чотирикутної піраміди.
Загострений металевий стрижень виготовляють з бурової стали або шестикутника діаметром 22 мм. Загострений кінець металевого стержня виконують також у вигляді чотирикутної піраміди.
Випробування несучої здатності анкерів довжиною 3,5 м із закріпленням на полімер ампули показали, що вони витримують навантаження, рівну розривному зусиллю стрижня в межах 15-17 тонн (150-170 кН).
1. Спосіб установки анкера глибокого закладення, що включає буріння шпуру, введення в шпур необхідного числа ампул з хімічної твердіє сумішшю і анкера, що складається з стержня з елементами кріплення у вигляді опорної шайби і головки, руйнування ампул і перемішування суміші глибинним загостреним кінцем анкера за допомогою його обертання , його утримання в шпурі до повної полімеризації суміші, що відрізняється тим, що загострений кінець анкера, довжина якого перевищує висоту вироблення, вводять в шпур, а інший кінець залишають на підошві виробки, при по мощі загостреного металевого стержня, що має довжину, рівну ходу подачі телескопного перфоратора, з'єднують в "замок" стрижень анкера і опорну шайбу, зусиллям телескопного перфоратора переміщують "замок" до гирла шпуру, забезпечуючи переміщення анкера уздовж останнього, операцію переміщення повторюють до отримання можливості з'єднання перфоратора з головкою анкера, за яку виробляють обертання анкера, при цьому буріння шпуру і установку анкера глибокого закладення виробляють одним телескопного перфоратором.
2. Спосіб установки анкера глибокого закладання за п.1, що відрізняється тим, що буріння шпуру проводять в два етапи, спочатку бурять шпур на довжину штанги, потім за допомогою комплекту штанг і перехідних конусних муфт виробляють добурюванні шпуру до необхідної довжини.
3. Спосіб установки анкера глибокого закладання за п.1, що відрізняється тим, що головку анкера штампують за допомогою матриці відповідно до поглибленням під обертачі перфоратора.
4. Спосіб установки анкера глибокого закладання за п.1, що відрізняється тим, що загострені кінці анкера і металевого стержня виконують у вигляді чотирикутної піраміди з гострим кутом в осьовому перерізі.