RU2768582C1 - Anchor for walls of mines and tunnels - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to mining, namely to anchors for fastening the walls of underground mines and tunnels, and can be used for installation in various types of rock, for example, when fastening metal structures to the walls of mines and tunnels, as well as for installation in concrete surfaces at any type of construction. The device is made in the form of a rod with wedges located on it. The rod is formed by a cylindrical or flattened cylindrical surface, on the rod there are limiter rings, between which wedges are inserted, attached to the rod with the help of clamps with the possibility of destroying their mutual connection when the rod is rotated in the hole and holding the rod inside the hole due to its wedging in the hole.

EFFECT: efficiency of installation of an anchor increases and resistance to its pulling out increases.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к анкерам крепления стен подземных шахт и туннелей и может быть использовано для установки в различные виды скальных пород, например, при креплении металлических конструкций к стенам шахт и туннелей, а также для установки в бетонные поверхности при любом виде строительства. [E21D21/00, E21D21/0033, E21D21/0046, E21D21/0066]. The invention relates to mining, namely to anchors for fastening the walls of underground mines and tunnels and can be used for installation in various types of rock, for example, when attaching metal structures to the walls of mines and tunnels, as well as for installation in concrete surfaces in any form construction. [E21D21/00, E21D21/0033, E21D21/0046, E21D21/0066].

Из уровня техники известен АНКЕР И ГАЙКА АНКЕРНОГО БОЛТА [WO 2011/020144 А1, опубл. 24.02.2011], содержащий фрикционное устройство на переднем конце анкера, при этом фрикционное устройство содержит две или более расширительных гильз, которые вдавливаются в стенку шпура (скважины), при этом диаметр фрикционного устройства в его закрытом положении соответствует максимальному диаметру основного стержня.Known from the prior art ANCHOR AND NUT ANCHOR BOLT [WO 2011/020144 A1, publ. February 24, 2011], containing a friction device at the front end of the anchor, while the friction device contains two or more expansion sleeves that are pressed into the wall of the hole (well), while the diameter of the friction device in its closed position corresponds to the maximum diameter of the main rod.

Недостатком данного аналога является сложность конструкции анкера, а также малая площадь контакта фрикционного устройства и стенки шпура, что приводит к снижению надежности анкерного крепления и ограничивает возможность сопротивления на вырыв.The disadvantage of this analogue is the complexity of the design of the anchor, as well as the small contact area of the friction device and the wall of the borehole, which leads to a decrease in the reliability of the anchor fastening and limits the possibility of pull-out resistance.

Также из уровня техники известен КЛИНОРАСПОРНЫЙ АНКЕР [RU191411 U1, опубл. 05.08.2019], включающий анкерный стержень с винтовой резьбой, шайбу анкерную опорную, натяжную гайку и клинораспорный замок, состоящий из клина с винтовой резьбой, пружины и державки с тремя лепестковыми захватами, с которыми соединены боковины клинораспорного замка, отличающийся тем, что державка имеет одно центральное отверстие, диаметр которого превышает диаметр анкерного стержня.Also known from the prior art WEDGE ANCHOR [RU191411 U1, publ. 08/05/2019], including an anchor rod with a screw thread, an anchor support washer, a tension nut and a wedge lock consisting of a wedge with a screw thread, a spring and a holder with three petal grips, to which the sides of the wedge lock are connected, characterized in that the holder has one central hole, the diameter of which exceeds the diameter of the anchor rod.

Недостатком данного аналога является наличие одного клинораспорного замка сложной конструкции, что приводит к снижению надежности анкерного крепления и ограничивает возможность сопротивления на вырыв.The disadvantage of this analog is the presence of one wedge-shaped lock of complex design, which leads to a decrease in the reliability of the anchor fastening and limits the possibility of pull-out resistance.

Наиболее близким по технической сущности является АНКЕР ДЛЯ ОПОРЫ КРЫШИ ШАХТЫ И ПРОЦЕСС ЕГО УСТАНОВКИ [US4859118 (A), опубл. 22.08.1989], содержащий пару клиньев, каждый из которых имеет конические поверхности, приспособленные для взаимного зацепления и расширения оболочки для зацепления с поверхностью шпура. При продевании анкера через один клин верхний конец анкера входит в зацепление с соединителем, тем самым вызывая перемещение вверх другого клина и движение вниз одного клина, вызывая их расширение. Вертикальное ребро на клине, через которое продевается анкер, предотвращает его вращение во время вращения анкера.The closest in technical essence is the ANCHOR FOR SUPPORTING THE ROOF OF THE MINE AND THE PROCESS OF ITS INSTALLATION [US4859118 (A), publ. 22.08.1989], containing a pair of wedges, each of which has a conical surface adapted for mutual engagement and expansion of the shell to engage with the surface of the hole. When the anchor is threaded through one wedge, the upper end of the anchor engages with the connector, thereby causing the other wedge to move upward and one wedge to move downward, causing them to expand. The vertical rib on the wedge through which the anchor is threaded prevents the wedge from rotating during the rotation of the anchor.

Основной технической проблемой прототипа является применение резьбового соединения стержень анкера – клин для обеспечения расклинивания анкера, кроме того, наличие всего двух клиньев ограничивает возможность анкера сопротивляться вырыву.The main technical problem of the prototype is the use of a threaded connection anchor rod - wedge to ensure wedging of the anchor, in addition, the presence of only two wedges limits the ability of the anchor to resist tearing.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом изобретения является повышение оперативности установки анкера и увеличение сопротивления его вырыву. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the installation of the anchor and increase the resistance to its tearing.

Указанный технический результат достигается за счет того, что анкер для стен шахт и туннелей, выполнен в виде стержня с расположенными на нем клиньями, отличающийся тем, что стержень образован цилиндрической или приплюснутой цилиндрической поверхностью, на стержне смонтированы кольца-ограничители, между которыми вставлены клинья, прикрепленные к стержню с помощью фиксаторов с возможностью разрушения их взаимного соединения при повороте стержня в отверстии и удержания стержня внутри отверстия за счет его расклинивания в шпуре.The specified technical result is achieved due to the fact that the anchor for the walls of mines and tunnels is made in the form of a rod with wedges located on it, characterized in that the rod is formed by a cylindrical or flattened cylindrical surface, limiter rings are mounted on the rod, between which wedges are inserted, attached to the rod with the help of clamps with the possibility of destroying their mutual connection when the rod is rotated in the hole and holding the rod inside the hole due to its wedging in the hole.

В частности, стержень выполнен овальным в поперечном сечении. In particular, the rod is oval in cross section.

В частности, один конец стержня выполнен заостренным.In particular, one end of the rod is pointed.

В частности, один конец клина выполнен заостренным.In particular, one end of the wedge is pointed.

В частности, клинья расположены на поверхности стержня в шахматном порядке.In particular, the wedges are located on the surface of the rod in a checkerboard pattern.

В частности, в местах установки клиньев в поверхности стержня выполнены спилы.In particular, saw cuts are made in the places where the wedges are installed in the surface of the rod.

В частности, спилы стержня выполнены с закруглением с одного края образуя эксцентрическое поперечное сечение.In particular, the saw cuts of the rod are made with rounding at one end, forming an eccentric cross section.

Краткое описание чертежей. Brief description of the drawings.

На фиг. 1 показан общий вид анкера для стен шахт и туннелей. In FIG. 1 shows a general view of the anchor for the walls of shafts and tunnels.

На фиг. 2 показан поперечный разрез анкера для стен шахт и туннелей.In FIG. 2 shows a cross section of an anchor for walls of mines and tunnels.

На фигурах обозначено: 1 – стержень, 2 – клинья, 3 – кольца-ограничители, 4 – острие стержня, 5 – рельефная поверхность, 6 – острие клина, 7 – фиксаторы клиньев, 8 – спил стержня.The figures indicate: 1 - rod, 2 - wedges, 3 - limiter rings, 4 - rod tip, 5 - relief surface, 6 - wedge tip, 7 - wedge clamps, 8 - rod cut.

Осуществление изобретения. Implementation of the invention.

Анкер для стен шахт и туннелей состоит из стрежня 1 с приваренными к нему кольцами-ограничителями 3, между которыми в шахматном порядке вставлены клинья 2, прикрепленные к стержню 1 с помощью фиксаторов клиньев 7 (на фиг.2 не показаны). Причем клинья 2 крепятся к стержню 1 способом, обеспечивающим возможность их поворота относительно оси стержня 1 при прикладывании определенной нагрузки. Перемещения клиньев 2 в продольном направлении относительно стержня 1 ограничено кольцами-ограничителями 3.The anchor for the walls of mines and tunnels consists of a rod 1 with rings-limiters 3 welded to it, between which wedges 2 are inserted in a checkerboard pattern, attached to the rod 1 with the help of wedge locks 7 (not shown in figure 2). Moreover, the wedges 2 are attached to the rod 1 in a way that makes it possible to rotate them relative to the axis of the rod 1 when a certain load is applied. The movement of wedges 2 in the longitudinal direction relative to the rod 1 is limited by limiter rings 3.

Для облегчения перемещения в шпуре стержень 1 и клинья 2 имеют с одного конца острие стержня 4 и острие клина 6 соответственно.To facilitate movement in the hole, the rod 1 and the wedges 2 have at one end the tip of the rod 4 and the tip of the wedge 6, respectively.

Сам стержень 1 имеет овальную форму, рельефную поверхность 5 и может быть изготовлен, например, из арматуры диаметром 32 мм требуемой длинны. Клинья 2 установлены в специальные площадки, где убрана рельефная поверхность 5 – спил стержня 8, который выполнен с закруглением с одного края (эксцентрическое поперечное сечение). The rod 1 itself has an oval shape, a relief surface 5 and can be made, for example, from reinforcement with a diameter of 32 mm of the required length. The wedges 2 are installed in special areas, where the relief surface 5 is removed - the cut of the rod 8, which is made with a rounding at one edge (eccentric cross section).

Клинья 2 и кольца-ограничители 3 могут быть изготовлены из арматуры диаметром 12 мм, причем клинья 2 представляют собой два сваренных между собой обрезка одинаковой длинны.Wedges 2 and limiter rings 3 can be made of reinforcement with a diameter of 12 mm, and wedges 2 are two pieces of the same length welded together.

Заявленное техническое решение применяют, например, для крепления металлической изоляции к стенам подземных шахт и туннелей, а также может быть использован при установке в различные виды скальной породы и бетонные поверхности, в частности, в любом виде строительства. После выемки грунта в шахте устанавливается металлическая изоляция с отверстиями для ее крепления к стене шахты. Через данные отверстия в стене шахты бурятся шпуры требуемой глубины (как правило, 2 метра и более).The claimed technical solution is used, for example, for attaching metal insulation to the walls of underground mines and tunnels, and can also be used when installed in various types of rock and concrete surfaces, in particular, in any type of construction. After excavation, metal insulation is installed in the shaft with holes for its fastening to the shaft wall. Holes of the required depth are drilled through these holes in the wall of the mine (usually 2 meters or more).

Анкер для стен шахт и туннелей изготавливается в цеховых условиях с учетом места его установки и требований по нагрузке (чем выше нагрузка, тем больше клиньев 2 и колец-ограничителей 3). Размеры анкера выбираются таким образом, что часть стержня 1 с клиньями 2 полностью устанавливается в шпур, а общая длинна анкера такова, что другой его конец выходит из отверстия металлической изоляции с необходимым запасом по длине (лишняя часть стержня 1 отпиливается, например, угловой шлифовальной машиной).The anchor for the walls of mines and tunnels is manufactured in workshop conditions, taking into account the place of its installation and load requirements (the higher the load, the more wedges 2 and restrictor rings 3). The dimensions of the anchor are chosen in such a way that part of the rod 1 with wedges 2 is completely installed in the hole, and the total length of the anchor is such that its other end comes out of the hole in the metal insulation with the necessary margin in length (the excess part of the rod 1 is sawn off, for example, with an angle grinder ).

Анкер в шпур устанавливают через отверстие в металлической изоляции с помощью отбойного молотка или другого пневмо или электроинструмента с закрепленным в нем специальным стаканом. Так же допускается отдельная установка ударным ручным инструментом (кувалдой). Затем анкер проворачивается в шпуре на угол до 90° и расклинивается. Для проворота анкера к свободному его концу приваривается проушина, в которую вставляется металлический рычаг и анкер проворачивается, либо используется расклиночная машина, либо применяется специальный инструмент, обеспечивающий быстрый захват свободного конца анкера и требуемый момент проворота.The anchor is installed in the hole through a hole in the metal insulation using a jackhammer or other pneumatic or power tool with a special glass fixed in it. A separate installation with a percussion hand tool (sledgehammer) is also allowed. Then the anchor is rotated in the hole at an angle of up to 90° and wedged. To rotate the anchor, an eye is welded to its free end, into which a metal lever is inserted and the anchor is rotated, either a wedge machine is used, or a special tool is used to quickly capture the free end of the anchor and the required turning moment.

Расклинивание анкера осуществляется за счет того, что попав в шпур клинья 2 не могут вращаться в тангенциальном направлении вокруг оси стержня 1 анкера (за счет трения о стенки шпура), который вращаясь, увеличивает свой радиус под клиньями 2 (принцип эксцентрика). На увеличение изменение радиуса стержня 1 при провороте анкера влияет также спил стержня 8, выполненный с закруглением с одного края (эксцентрическое поперечное сечение), что сделано для более плавного перемещения клиньев 2 относительно стержня 1 в процессе проворота анкера, тем самым обеспечивая более эффективную расклинку о стенки шпура. Здесь также важную роль играет свойство фиксаторов клиньев 7 разрушаться при приложении к ним нагрузки выше определенного уровня.The wedging of the anchor is carried out due to the fact that, once in the hole, the wedges 2 cannot rotate in the tangential direction around the axis of the anchor rod 1 (due to friction against the walls of the hole), which, rotating, increases its radius under the wedges 2 (eccentric principle). The increase in the change in the radius of the rod 1 during the rotation of the anchor is also affected by the saw cut of the rod 8, which is made with a rounding at one end (eccentric cross section), which is done for smoother movement of the wedges 2 relative to the rod 1 during the rotation of the anchor, thereby providing a more efficient wedging about borehole walls. Here, the property of wedge retainers 7 to collapse when a load is applied to them above a certain level also plays an important role.

Применение специального инструмента для проворота анкера обеспечивает более быструю по сравнению с прототипом установку за счет быстрого захвата свободного конца и необходимости проворота на угол до 90°, в то время как в прототипе необходимо сделать большое количество оборотов для получения требуемого усилия зацепления анкера в шпуре. Также следует отметить заложенную в конструкции анкера для стен шахт и туннелей возможность использовать требуемое количество клиньев 2 (против двух в прототипе), что позволяет с запасом выдерживать прилагаемые к анкеру нагрузки на вырыв.The use of a special tool for turning the anchor provides faster installation compared to the prototype due to the quick grip of the free end and the need to turn through an angle of up to 90°, while in the prototype it is necessary to make a large number of turns to obtain the required engagement force of the anchor in the hole. It should also be noted inherent in the design of the anchor for the walls of mines and tunnels the ability to use the required number of wedges 2 (against two in the prototype), which allows to withstand the pull-out loads applied to the anchor with a margin.

Технический результат изобретения - повышение оперативности установки анкера и увеличение сопротивления его вырыву, достигается путем расположения на поверхности овального стержня 1 колец-ограничителей 3, а также клиньев 2, которые расположены максимально близко к оси стержня 1 и крепятся к его поверхности с возможностью срыва. Кроме того, за счет овального исполнения стержня 1 и спилов стержня 8 в местах установки клиньев 2, выполненных с закруглением с одного края (эксцентрическое поперечное сечение), обеспечивается прочная расклиненная связь клиньев 2 со стенками шпура по правилу - чем больше требуется рабочая нагрузка на вырыв, тем большее количество клиньев 2 требуется расположить по длине стержня 1. The technical result of the invention - increasing the speed of installation of the anchor and increasing the resistance to its tearing, is achieved by placing limiter rings 3 on the surface of the oval rod 1, as well as wedges 2, which are located as close as possible to the axis of the rod 1 and are attached to its surface with the possibility of failure. In addition, due to the oval design of the rod 1 and the saw cuts of the rod 8 at the installation sites of the wedges 2, made with a rounding at one end (eccentric cross section), a strong wedged connection of the wedges 2 with the walls of the hole is provided according to the rule - the more the working load for pull-out is required , the greater the number of wedges 2 is required to be placed along the length of the rod 1.

В 2021 году заявитель изготовил экспериментальные образцы анкера, опытная эксплуатация которых подтвердила достижение заявленного технического результата. Например, гарантированная прочность на вырыв для арматуры диаметром 32 мм составила от 50 кН до 90 кН.In 2021, the applicant made experimental anchor samples, the trial operation of which confirmed the achievement of the claimed technical result. For example, the guaranteed pull-out strength for rebar with a diameter of 32 mm ranged from 50 kN to 90 kN.

Claims (7)

1. Анкер для стен шахт и туннелей, выполненный в виде стержня с расположенными на нем клиньями, отличающийся тем, что стержень образован цилиндрической или приплюснутой цилиндрической поверхностью, на стержне смонтированы кольца-ограничители, между которыми вставлены клинья, прикрепленные к стержню с помощью фиксаторов с возможностью разрушения их взаимного соединения при повороте стержня в отверстии и удержания стержня внутри отверстия за счет его расклинивания в шпуре. 1. Anchor for the walls of mines and tunnels, made in the form of a rod with wedges located on it, characterized in that the rod is formed by a cylindrical or flattened cylindrical surface, limiter rings are mounted on the rod, between which wedges are inserted, attached to the rod with clamps with the possibility of destruction of their mutual connection when the rod is rotated in the hole and the rod is kept inside the hole due to its wedging in the hole. 2. Анкер по п.1, отличающийся тем, что стержень выполнен овальным в поперечном сечении.2. Anchor according to claim 1, characterized in that the rod is oval in cross section. 3. Анкер по п.1, отличающийся тем, что один конец стержня выполнен заостренным.3. Anchor according to claim 1, characterized in that one end of the rod is pointed. 4. Анкер по п.1, отличающийся тем, что один конец клина выполнен заостренным.4. Anchor according to claim 1, characterized in that one end of the wedge is pointed. 5. Анкер по п.1, отличающийся тем, что клинья расположены на поверхности стержня в шахматном порядке.5. Anchor according to claim 1, characterized in that the wedges are located on the surface of the rod in a checkerboard pattern. 6. Анкер по п.1, отличающийся тем, что в местах установки клиньев в поверхности стержня выполнены спилы.6. Anchor according to claim 1, characterized in that saw cuts are made in the places where the wedges are installed in the surface of the rod. 7. Анкер по п.6, отличающийся тем, что спилы стержня выполнены с закруглением с одного края, образуя эксцентрическое поперечное сечение.7. Anchor according to claim 6, characterized in that the saw cuts of the rod are rounded at one end, forming an eccentric cross section.

Images