Фрикционный анкер что это
Анкер трубчатый фрикционный типа АТФ W-профиля компании ООО «ОКС»: повышение несущей способности анкерной крепи при снижении ее материалоемкости
Кречетов А. А., кандидат технических наук, доцент КузГТУ им. Т. Ф. Горбачева, г. Кемерово
В настоящее время на горных предприятиях для крепления горных выработок широко используются анкерные крепи с фрикционным закреплением. Основным элементом этой крепи являются фрикционные анкеры. Наиболее распространенный на сегодняшний день вариант исполнения фрикционного анкера — это анкер с С-образным сечением, который представляет собой полую трубу с прорезью по всей длине, с сужением в виде конуса в начале стержня (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид фрикционного анкера с С-образным сечением
Широкое распространение в России и за рубежом такого типа анкеров объясняется их очевидными преимуществами. В первую очередь это возможность быстрой установки без использования дополнительных материалов и дополнительного оборудования, что существенно повышает производительность процесса крепления.
Принцип действия анкерной крепи с фрикционным закреплением основан на установке фрикционного анкера определенного диаметра в шпур с меньшим диаметром. При этом стержень анкера сжимается, что приводит к появлению распорного усилия стенок стержня анкера на стенки шпура. При последующем нагружении анкера он удерживается в шпуре за счет силы трения между анкером и породой.
Так как анкер удерживается в шпуре за счет силы трения, то при его работе нагрузку воспринимает не только непосредственно стержень анкера, но и окружающая его горная порода. Предельная нагрузка для фрикционного анкера, или, другими словами, его несущая способность, — это такая нагрузка, при которой происходит смещение анкера относительно шпура. Очевидно, что чем больше распорное усилие, создаваемое анкером, тем больше сила трения, а значит, и несущая способность анкерной крепи.
В настоящее время выполняется достаточно большое количество работ, направленных на повышение распорного усилия фрикционных анкеров. В основном в этих работах предлагается за счет тех или иных дополнительных материалов или элементов повысить жесткость сечения анкера, за счет чего и повышается распорное усилие. Это могут быть композитные материалы, которые помещаются в стержень анкера после его установки и расширяются со временем, дополнительные распорные элементы, расклинивающие элементы и другие варианты. Такие технические решения действительно позволяют повысить распорное усилие анкера, однако они требуют использования дополнительных материалов, дополнительных операций при их установке, что отрицательно сказывается на производительности процесса крепления и затратах на установку одного анкера.
Еще одним вариантом решения задачи повышения распорного усилия, создаваемого фрикционным анкером, является использование трубчатого фрикционного анкера типа АТФ W профиля, разработанного и запатентованного компанией ООО «ОКС». Такой анкер отличается от анкера с С-образным сечением наличием продольных граней, загнутых внутрь анкера в зоне прорези трубы, направленных к центру сечения (рис. 2). При установке такого анкера в шпур меньшего диаметра грани смыкаются между собой, что приводит к существенному повышению жесткости сечения и увеличению распорного усилия. Использование такого анкера не требует каких-либо дополнительных материалов, элементов или дополнительных операций при его установке.
Рис. 2. Общий вид фрикционного анкера с W-образным сечением
Для оценки распорного усилия фрикционного анкера типа АТФ W-профиля использовалось конечно-элементное моделирование. На рис. 3 и 4 показаны конечно-элементные модели, использовавшиеся при моделировании установки в шпур анкеров АТФ С-профиля и АТФ W-профиля. При этом проводилось сопоставление распорного усилия, создаваемого анкером С профиля с толщиной стенки 3 мм и анкером W-профиля с толщиной стенки 2 мм. Масса 1 м анкера с W-образным сечением на 16 % меньше, чем масса 1 м анкера с С-образным сечением.
Рис. 3. Конечно-элементная модель установки в шпур фрикционного анкера АТФ С-профиля
Рис. 4. Конечно-элементная модель установки в шпур фрикционного анкера АТФ W-профиля
В результате моделирования установлено, что один метр анкера АТФ W-профиля с толщиной стенки 2 мм создает распорное усилие в 248 кН, а один метр анкера АТФ С-профиля с толщиной стенки 3 мм — 155 кН. Таким образом, несмотря на то, что рассматриваемый фрикционный анкер с W-образным сечением на 16 % легче, чем анкер с С-образным сечением, он обеспечивает в 1,6 раза большую несущую способность.
Безусловно, анкер АТФ W-профиля более сложен для производителя, его невозможно изготовить, например, разрезанием трубы, как в ряде случаев производят фрикционные анкеры С-профиля. Однако для потребителя анкер АТФ W-профиля является самым эффективным способом повышения несущей способности анкерной крепи с фрикционным закреплением из разработанных на сегодняшний день в России и за рубежом.
ООО «ОКС-Трейд»: Фрикционный анкер нового поколения
Безопасное ведение горных работ невозможно без применения качественных крепежных материалов, производством и реализацией которых занимается ООО «ОКС-Трейд». Номенклатурный ряд производимой компанией продукции включает в себя практически все используемые в России типы анкерных крепей – от стеклопластиковых до фрикционных.
Анкерная крепь фрикционного типа была изобретена в США в 1974 г. Джеймсом Скоттом, и в настоящее время получила широкое распространение на рудниках многих западных стран. Эта конструкция крепи представлена различными модификациями – фрикционный анкер Split-Set, гидрораспорный фрикционный анкер Swellex, взрывораспорный фрикционный анкер и др.
Среди модификаций фрикционной анкерной крепи наибольшее распространение получили:
— гидрораспорная анкерная крепь Swellex;
— анкерная крепь Split-Set (изобретение Джеймса Скотта), в нашей стране в зависимости от производителей выпускается под различными названиями – анкер трубчатый фрикционный С-профиля (АТФ С-профиля) и др.
Для установки анкерной крепи Swellex требуется специальный насос высокого давления и подвод воды к нему, что ведет к удорожанию крепления. Для применения фрикционной анкерной крепи С-профиля не требуется дополнительного оборудования и материалов, а установка ее может производиться с помощью самоходных буровых установок, которые есть на каждом руднике, или с применением стандартных ручных перфораторов.
На рудниках России фрикционная анкерная крепь стала применяться относительно недавно, наибольший интерес среди ее модификаций представляет анкерная крепь С-профиля. Такой вид крепления горных выработок быстро получил широкое распространение, благодаря ряду достоинств:
— высокая механизация крепления;
— работа анкера начинается сразу после установки в шпур;
— закрепление анкера происходит по всей длине шпура;
— отсутствие необходимости в дополнительных закрепляющих материалах.
Но наряду с достоинствами стандартный фрикционный анкер С-профиля обладает и рядом недостатков:
— при установке в шпур меньшего диаметра возможно жесткое смыкание граней анкера, что сводит к нулю податливость анкера при сдвижениях массива и может привести к снижению несущей способности крепи;
— стержень анкера обладает низкой прочностью на изгиб, что при несоосности анкера со шпуром во время установки часто приводит к неисправимому повреждению анкера в виде его загиба.
В компании ООО «ОКС-Трейд» разработали фрикционный анкер, лишенный недостатков стандартного анкера АТФ Спрофиля (далее – АТФ С). Новый анкер получил название – анкер трубчатый фрикционный АТФ W-профиля (далее – АТФ W). На конструкцию анкера получен патент на полезную модель № RU 170365 U1 от 07.06.2016 г.
АТФW представляют собой металлическую полую трубу с щелевой прорезью по всей длине, грани которой загнуты вовнутрь с коническим сужением на одном конце и упорным кольцом для удержания опорной плиты на другом (рис. 1).
Рис. 1 Анкер трубчатый фрикционный АТФ W-профиля
Уникальность конструкции АТФ W по сравнению со стандартным анкером АТФ С обеспечивается рядом преимуществ:
1. При установке в шпур меньшего диаметра загнутые вовнутрь грани упруго смыкаются и создают дополнительные распирающие усилия на стенки шпура, что ведет к увеличению прочности закрепления анкера в шпуре и, соответственно, несущей способности. При замере несущей способности анкерной крепи АТФ W в реальных условиях рудников России нагрузка на анкер достигала 200 кН или 20 тс при отсутствии сдвижения анкера в шпуре.
2. При установке анкера в шпур меньшего диаметра загнутые вовнутрь грани не смыкаются жестко, как это может происходить с анкером АТФ С, позволяя сохранять податливость крепи при смещениях массива горных пород.
3. За счет загнутых вовнутрь граней стержень анкера АТФW имеет бомльшую на 32% прочность на изгиб, чем анкер АТФ С, о чем свидетельствует Протокол испытаний № 7[1887/2017-И от 14.09.2017 г., выданный АО«НЦ ВостНИИ». Это свойство позволяет нивелировать ошибки машиниста СБУ при установке анкера в шпур и сократить число погнутых при установке анкеров до минимума.
Технология установки анкера АТФ W состоит в следующем. После бурения шпуров на стрелу податчика самоходной буровой установки или на ручной перфоратор вместо буровой штанги устанавливается штанга с переходником (пуансоном). Далее анкер хвостовой частью надевается на пуансон и устанавливается в направляющую (люнет) на конце стрелы податчика СБУ. На конический конец анкера устанавливается опорная плита. Головной конец анкера конусообразной формы вводится в шпур меньшего диаметра, чем диаметр анкера, и ударным поступательным воздействием перфоратора на хвостовую часть анкер досылается до момента поджатия опорной плитой массива горных пород.
Люнет и пуансон входят в технологическую оснастку для установки анкеров АТФ W и поставляются вместе с анкерами.
Оценка несущей способности анкера АТФ W должна осуществляться приборами, поверенными в установленном порядке и имеющими соответствующее свидетельство о гос. поверке. Проверка несущей способности анкера АТФ W может быть произведена штанговыдергивателями модели ВШГ-20, ПКА[1, ПКА-3. Предпочтительным является прибор ПКА[3, т.к. он обеспечивает наибольшее тяговое усилие, а также позволяет проводить испытания, находясь на безопасном расстоянии от испытуемого анкера.
Процедура проверки несущей способности анкера АТФW заключается в следующем (рис. 2): перед установкой анкера, несущую способность которого планируется определять, на него надевается специальное упорное кольцо с втулкой для закрепления переходника-захвата прибора. Далее анкер устанавливается в шпур, до поджатия шайбой массива горных пород.
Рис. 2 Схема соединения прибора контроля анкерной крепи и размещение
дополнительных устройств на анкере для проведения испытаний
На упорное кольцо надевается переходник-захват, на который в свою очередь надевается гидроцилиндр с навинченным корпусом выдергивателя и притягивается гайкой до надежного упора в шайбу. Далее к штуцеру гидроцилиндра через штуцер подключается рукав высокого давления (РВД), идущий от насоса. На насосе вентиль сброса давления устанавливается в положение «Закрыто». С помощью насоса в гидроцилиндр накачивается необходимое давление, регистрируемое манометром, расположенном на корпусе насоса. Анкер нагружается до момента извлечения его из скважины или до определенной величины нагрузки, в зависимости от преследуемых целей.
Главная Фрикционная анкерная крепь АФ
Крепь анкерная АФ представляет собой стальную трубу высокой несущей способности с открытым швом по длине, имеющую с забойной стороны конус, облегчающий установку анкера в шпур, а с установочной стороны прикрепленное сваркой стальное кольцо, и шайбы опорной. Может применяться совместно с подхватами различных конструкций.
Закрепление анкерных стержней АФ в шпурах осуществляется механическим способом за счет упругих сил, распирающих стержень в шпуре. Анкеры применяются в сочетании с металлическими подхватами и различными видами затяжки (металлической сетки или решетки, деревянной при сроке службы выработок не более 1,5 лет), а также без каких-либо подхватов при использовании анкеров для навешивания труб и кабеля.
ПРЕИМУЩЕСТВА:
Техническая характеристика
Возведение анкерной крепи АФ осуществляется в следующей последовательности:
Между перемешанными компонентами полимерного или минерального состава происходит химическая реакция, в результате которой смесь затвердевает в течение 15–180 секунд (в зависимости от типа применяемых ампул). Анкер в этой позиции удерживается до полного отверждения состава ампулы (ампул). После этого электросверлом (буровым станком) производится затягивание гайки, электросверло (буровой станок) выключается и переносится к следующему шпуру.
В такой же последовательности производится установка и других анкеров для установленного подхвата. Убираются стойки временной крепи. Цикл по проходке и креплению выработки повторяется.
Трубчатый анкер фрикционного действия и способ его установки
Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для крепления горных выработок анкерной крепью. Целью изобретения является повышение качества закрепления анкера в шпуре. Анкер содержит трубчатый корпус (ТК) 1 с продольным разрезом 2. В канале ТК 1 размещен сердечник (С) 3 из упругого материала. Длина С 3 равна длине ТК 1. С 3 может быть выполнен переменного диаметра по длине, снабжен продольными выемками или выполнен составным из упругих частей, между которыми размещены вставки из жесткого материала. Для установки трубчатого анкера сначала погружают С 3 в канал ТК 1. Затем осуществляют забивку ТК 1 с расположенным в нем С 3 в шпур. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 4 ил.
15 558 А1 (51)5 E 21 Р 21/00
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
У 1240910, кл. Е 21 D 21/00, 1984.
Авторское свидетельство СССР
В 1384783, кл. Е 21 D 21/00, 1986. (54) ТРУБЧАТЫЙ АНКЕР ФРИКЦИОННОГО
ДЕЙСТВИЯ И СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ (57) Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для крепления горных выработок анкерной крепыш. Целью изобретения является
2 повышение качества закрепления анке-, 1 ра в шпуре. Анкер содержит трубчатый корпус (ТК) 1 с продольным разрезом
2. В канале ТК 1 размещен сердечник (C) 3 из упругого материала. Длина
С 3 равна длине ТК 1. С 3 может быть выполнен переменного диаметра по длине, снабжен продольными выемками или выполнен составным из упругих частей, между которыми размещены
Изобретение относится к горной п ромышленности, а именно к креплению горных выработок анкерной крепыш.
Цель изобретения — повышение ка5 чества закрепления анкера в шнуре.
На фиг. 1 показан анкер, продольный разрез;. на фиг.2 — то же, поперечный разрез; на фиг.3 — то же, продольный разрез, при выполнении сердечника составным; на фиг.4 — то же, поперечный разрез при выполнении сердечника с продольными выемками.
Анкер состоит из металлического лИста, свернутого в трубу 1 с продольным разрезом 2, В канале корпуса
1 размещен сердечник 3 из упругого материала, например, дерева или жесткой резины. Внешний диаметр корпуса
1 принимают на 5-15% больше диаметра 20 шйура. Сердечник 3 может быть выполнен составным (фиг.3). В этом случае в канале корпуса 1 размещают цилиндры
4 из эластичного материала, а между ними вставки 5 из жесткого материала., 2 например металла. Диаметр цилиндров
4 принимают больше диаметра вставок 5. Сердечник 3 для улучшения его деформационных свойств может быть снабжен продольными выемками 6 (фиг.4) или выполняться по длине различным диаметром, как показано на фиг.3.
А кер снабжен опорной плитой, его конец выполняют заостренным, Корпус
1 может выполняться из труб бывших в употреблении, которые снабжают продольным разрезом.
Анкер устанавливают следующим образом.
Перед установкой анкера в канале его корпуса 1 размещают сердечник
3 из эластичного материала. При этом диаметр разрезного корпуса 1 увеличивают и он становится больше диаметра шпура. Затем заостренный конец 45 корпуса 1 помещают в устье шпура и
1 забивают анкер в шпур. При этом происходит упругая деформация сердечника 3 и за счет его упругости корпус 1 надежно распирается в шпуре по всей его длине. Для облегчения забивки анкера в шпур сердечник выполняют составным (фиг.2) или с вырезом (фиг.4).
Для забивки корпуса 1 в шпур используют пневмоударники или электромагнитные молотки.
Формула и зобр ет ения
1. Трубчатый анкер фрикционного действия, включающий трубчатый корпус с продольным разрезом и сердечник, размещенный в его канале, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества закрепления анкера в шпуре, сердечник выполнен из упругого материала, а его длина равна длине трубчатого корпуса.
2. Анкер по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что сердечник выполнен по длине переменным диаметром.
3. Анкер по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что сердечник снабжен продольными выемками, 4. Анкер по пп.1 и 2, о т л и ч а— ю шийся тем, что сердечник выполнен составным из цилиндрических упругих частей, между которыми размещены вставки из жесткого материала.
5. Способ установки трубчатого анкера фрикционного действия, включающий размещение анкера в шпуре, погружение в канал трубчатого корпуса сердечника, отличающийся тем, что, с целью повышения качества закрепления анкера в шпуре, погружают сердечник в канал трубчатого корпуса до его размещения в шпуре, которое осуществляют путем забивки корпуса с расположенным в нем сердечником в шпур.
Составитель Л. Березкина
Производственно-издательский комбинат «Патент», г, Ужгород, ул, Гагарина, 101
Тираж 376 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CJCP
Анкер фрикционный
Владельцы патента RU 2681323:
Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для крепления кровли и боков выработок механическим способом за счет упругих свойств стержня анкера в рудниках и шахтах, в том числе опасных по газу и пыли, а также крепления уступов при открытой разработке.
Конструкция анкера разработана на основании опыта эксплуатации аналогичных конструкций на Российских и зарубежных шахтах и рудниках, а также на основании проведенных стендовых и опытно-промышленных испытаний образцов.
Из уровня техники известна анкерная крепь (авторское свидетельство SU1677444), состоящая из металлической трубы с продольной щелью по всей длине и опорного узла.
Также известен анкер фрикционного типа по патенту RU175908U1, содержащий полый цилиндрический стержень с продольным вырезом, переднюю часть конической формы длиной и опорное кольцо, размещенное на хвостовике упомянутого стержня.
Также известно изобретение по патенту US7780377B2, в котором анкер содержит полый цилиндрический стержень, переднюю часть конической формы, прорезь по всей длине стержня, а также упорное кольцо, соединенное со стержнем сплошным швом.
Недостатком всех вышеперечисленных анкеров является сложность установки в шпур, что может повлечь за собой изгиб и залом основной несущей части анкера и тем самым существенное снижение надежности и повышение трудоемкости монтажа; возможность деформации стержня, опорного узла; а также установка стержня только под углом 90° к поверхности кровли боков или уступов.
Задачей заявленного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности конструкции, увеличение несущей способности, упрощение и повышение надежности монтажа, а также возможность установки анкера под углами в диапазоне 0-25° относительно вертикальной оси опорной шайбы.
Технический результат достигается за счёт того, что анкер представляет собой полый цилиндрический стержень с передней частью конической формы и прорезью по всей длине стержня. Анкер содержит опорный узел, включающий упорное кольцо, соединенное со стержнем сплошным швом, и сферическую втулку. Стержень изготовлен из листовой стали, а на внутренней поверхности полого стержня напротив прорези по всей длине стержня располагается ребро жесткости. Сферическая втулка устанавливается на стержень и сферической частью упирается в опорную шайбу, а торцом – в упорное кольцо.
Конструкция анкера фрикционного показана на фиг. 1-4, где:
1 – полый цилиндрический стержень с передней частью конической формы;
4 – сферическая втулка.
Стержень анкерной крепи поз.1 (фиг.1, фиг.3, фиг.4) представляет собой пустотелую незамкнутую трубу с щелевой прорезью по всей длине, изготовленную методом холодной прокатки из стали марки, например, 09Г2С, напротив щелевой прорези по всей длине стержня располагается ребро жесткости, которое обеспечивает повышенную надежность в процессе установки анкерной крепи в шпур с помощью ручного перфоратора или податчика самоходной буровой установки, так как сталь 09Г2С по сравнению с низкоуглеродистыми сталями (ст 3 пс/сп, ст 5 пс/сп и др.) имеет ряд преимуществ, в том числе, повышенный предел упругости. Допускается использование аналогов сталей марок: 09Г2С, 50ХСА, 50ХГ.
Также при использовании заявленного изобретения появляется возможность установки стержня анкерной крепи под углом до 25° от вертикальной оси (фиг.4) при помощи сферической втулки (поз.4) устанавливаемой между упорным кольцом (поз.3), закрепленным на конус стержня сплошным сварным швом, и опорной шайбой (поз.2), которая, в свою очередь, прилегает к поверхности кровли в месте установки.
Заявленное изобретение относится к типу крепей, закрепляемых по всей длине, несущая способность крепи обеспечивается сразу после установки в шпур.
Крепь сохраняет несущую способность даже в случае перемещения стержня анкера в шпуре, что обеспечивает податливость крепи в больших пределах.
2. Анкер фрикционный по п. 1, отличающийся тем, что стержень изготовлен из стали 09Г2С, или 50ХСА, или 50ХГ, или их аналогов.
3. Анкер фрикционный по п. 1, отличающийся тем, что упорное кольцо выполнено из прута диаметром от 6 до 10 мм.