Система инкапсуляции и способ установки анкерной крепи
Группа изобретений относится к области управления пластами в гражданском строительстве и горных работах, а также, в частности, относится к способу установки анкерной крепи для закрепления крыши или стены шахты, туннеля или другой грунтовой выработки и к системе инкапсуляции для использования в рамках такого способа. Способ установки включает вставку в шпур системы инкапсуляции, вставку анкерной крепи, содержащей удлиненный несущий элемент, в шпур. При этом система инкапсуляции содержит по меньшей мере два инкапсулирующих средства и один или более удлиненных картриджей, содержащих указанные инкапсулирующие средства. Причем каждый из указанных картриджей имеет хрупкую оболочку. Указанные инкапсулирующие средства включают первое инкапсулирующее средство, вставленное в шпур, за которым следует второе инкапсулирующее средство. Причем указанное первое инкапсулирующее средство содержит отверждаемую первую смоляную композицию. При этом вставку анкерной крепи в шпур осуществляют путем проталкивания указанного несущего элемента через указанную систему инкапсуляции по направлению к закрытому концу шпура и поворота указанного несущего элемента таким образом, чтобы разорвать указанную хрупкую оболочку каждого указанного картриджа и смешать каждое из указанных инкапсулирующих средств. Смешивание каждого из указанных инкапсулирующих средств осуществляют таким образом, чтобы указанное первое инкапсулирующее средство инкапсулировало передний участок указанного несущего элемента, расположенный рядом с закрытым концом указанного шпура, и указанное второе инкапсулирующее средство инкапсулировало промежуточный участок указанного несущего элемента, проходящий между указанным передним участком указанного несущего элемента и задним участком указанного несущего элемента. Осуществляют отверждение указанной первой смоляной композиции для закрепления переднего участка указанного несущего элемента в указанном шпуре. Причем после завершения указанной установки указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная первая смоляная композиция. Техническим результатом является повышение эффективности установки анкерной крепи. 2 н и 24 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к области управления пластами в гражданском строительстве и горных работах, а также, в частности, относится к способу установки анкерной крепи для закрепления крыши или стены шахты, туннеля или другой грунтовой выработки и к системе инкапсуляции для использования в рамках такого способа.
Уровень техники
Анкерную крепь используют для закрепления крыши или стен подземной шахты, туннеля или другой грунтовой выработки путем вставки анкерной крепи в шпур, пробуренный в плоскости горной выработки, и закрепления анкерной крепи внутри указанного шпура. Анкерные крепи имеют удлиненный несущий элемент, который, как правило, выполнен либо в форме жесткого стального стержня, либо в форме кабельного болта (иногда называемого прядевым болтом), содержащего множество проводов, спирально скрученных в виде кабеля/многожильного провода.
Одним из известных способов закрепления анкерной крепи в шпуре является использование инкапсулирующего средства в виде смолы. После того, как сначала пробурят шпур в плоскости горной выработки, в указанный шпур вставляют удлиненный двухкомпонентный наполненный смолой картридж, после которого вставляют анкерную крепь, которая проталкивает наполненный смолой картридж в направлении закрытого конца шпура. Анкерную крепь, как правило, поворачивают с помощью установочного приспособления, когда она направлена вверх, разрушая хрупкую оболочку картриджа и смешивая компоненты смолы при проталкивании анкерной крепи по направлению к закрытому концу шпура. Затем анкерную крепь прекращают поворачивать на несколько секунд, чтобы смешанная смола затвердела.
В одном варианте установки смола инкапсулирует только передний концевой участок анкерной крепи, таким образом образуя точечный анкер. При такой установке анкерную крепь могут натягивать вдоль ее неподдерживаемого участка. Анкерную крепь в виде жестких стержней могут натягивать с помощью затягивающей гайки, установленной на резьбовой задний концевой участок стержня и опирающейся на тарельчатую шайбу, соприкасающуюся с плоскостью горной выработки рядом со шпуром. Если анкерная крепь имеет форму кабельного болта, ее могут натягивать с помощью узла цилиндра и клина,
установленного на кабеле, который опирается на тарельчатую шайбу, причем задний концевой участок кабеля натягивают, в то время как узел цилиндра и клина удерживается на тарельчатой шайбе.
В другом варианте установки смола полностью инкапсулирует анкерную крепь по всей его длине, обеспечивая защиту от коррозии вдоль длины анкерной крепи и обеспечивая ее дополнительное закрепление внутри шпура. В случаях применения крепления анкерной крепью, когда возможно динамическое перемещение грунта, например, в результате внезапного сдвига породы или других сейсмических явлений, желательно, чтобы анкерная крепь выдерживала перемещение породы за счет деформируемости анкерной крепи в инкапсулирующей смоле. Для достижения указанной деформируемости ранее было предложено обеспечить несвязанный участок анкерной крепи, либо разместив пластмассовую трубку над центральной областью анкерной крепи, либо обеспечив сглаженный наружный профиль над центральной областью анкерной крепи (для анкерной крепи в виде жесткого стержня) таким образом, чтобы отделить анкерную крепь от инкапсулирующей смолы над центральной областью анкерной крепи. Таким образом, передний участок анкерной крепи точечно закрепляют в верхней области шпура, а задний участок анкерной крепи закрепляют в нижнем участке шпура, что позволяет обеспечить закрепление заднего участка анкерной крепи (вместе с тарельчатой шайбой), а также поддерживать плоскость горной выработки. Центральный участок анкерной крепи, будучи несвязанным со смолой, способен деформироваться во время динамического перемещения грунта.
Задача изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание альтернативной системы инкапсуляции для закрепления анкерной крепи и связанного с ней альтернативного способа установки анкерной крепи.
Раскрытие сущности изобретения
В первом аспекте настоящего изобретения предложена система инкапсуляции для закрепления анкерной крепи в шпуре, пробуренном в плоскости горной выработки, подлежащей стабилизации, содержащая по меньшей мере два отдельных инкапсулирующих средства и один или более удлиненных картриджей, содержащих указанные инкапсулирующие средства, причем каждый из указанных картриджей имеет хрупкую оболочку, а указанные инкапсулирующие средства включают:
первое инкапсулирующее средство, содержащее отверждаемую первую смоляную композицию; и второе инкапсулирующее средство;
причем после использования для закрепления анкерной крепи указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная первая смоляная композиция.
Как правило, указанное второе инкапсулирующее средство содержит отверждаемую вторую смоляную композицию. Как правило, указанная вторая смоляная композиция имеет большее время затвердевания, чем указанная первая смоляная композиция.
В альтернативном варианте осуществления указанное второе инкапсулирующее средство содержит инертное соединение-наполнитель.
Как правило, указанная система инкапсуляции также содержит третье инкапсулирующее средство, содержащее отверждаемую третью смоляную композицию;
причем после использования для закрепления анкерной крепи указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная третья смоляная композиция.
Как правило, указанная третья смоляная композиция имеет большее время затвердевания, чем указанная первая смоляная композиция. В альтернативном варианте осуществления указанные вторая и третья смоляные композиции имеют одинаковую или по существу одинаковую продолжительность затвердевания. Как правило, указанная первая смоляная композиция имеет время затвердевания от 6 до 30 секунд, а указанная третья смоляная композиция имеет время затвердевания 30 секунд или более.
В одном варианте осуществления указанная система инкапсуляции содержит отдельный указанный картридж, содержащий каждое указанное инкапсулирующее средство. Для вариантов осуществления, в которых указанная система инкапсуляции содержит указанные первое, второе и третье инкапсулирующие средства, указанные один или более удлиненных картриджей включают первый картридж, содержащий указанное первое инкапсулирующее средство, второй картридж, содержащий указанное второе инкапсулирующее средство, и третий картридж, содержащий указанную третью смоляную композицию.
В альтернативном варианте осуществления указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем указанные инкапсулирующие средства размещены последовательно в продольном направлении вдоль внутреннего пространства указанной оболочки. Для вариантов осуществления, в которых указанная система инкапсуляции содержит указанные первое, второе и третье инкапсулирующие средства, указанное второе инкапсулирующее средство размещено между указанными первым и третьим инкапсулирующими средствами.
В еще одном альтернативном варианте осуществления указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем указанная оболочка имеет одно или более сужений, образованных вдоль ее длины для создания множества областей вдоль внутреннего пространства указанной оболочки, а каждая указанная область содержит одно из указанных инкапсулирующих средств. Для вариантов осуществления, в которых указанная система инкапсуляции содержит указанные первое, второе и третье инкапсулирующие средства, указанное второе инкапсулирующее средство размещено между указанными первым и третьим инкапсулирующими средствами. В предпочтительном варианте осуществления оболочка имеет одно сужение, образованное вдоль ее длины, образуя первую область и вторую область, причем первое инкапсулирующее средство содержится в первой области, третье инкапсулирующее средство содержится во второй области, а второе инкапсулирующее средство содержится как во второй, так и в третьей областях.
Как правило, каждая из указанных смоляных композиций содержит отверждаемый компонент и каталитический компонент.
Во втором аспекте настоящего изобретения предложен способ установки анкерной крепи в шпур, пробуренный в плоскости горной выработки, подлежащей стабилизации, включающий:
вставку в шпур системы инкапсуляции, содержащей по меньшей мере два отдельных инкапсулирующих средства и один или более удлиненных картриджей, содержащих указанные инкапсулирующие средства, причем каждый из указанных картриджей имеет хрупкую оболочку, указанные инкапсулирующие средства включают первое инкапсулирующее средство, вставленное в шпур, за которым следует второе инкапсулирующее средство, причем указанное первое инкапсулирующее средство содержит отверждаемую первую смоляную композицию;
вставку анкерной крепи, содержащей удлиненный несущий элемент, в шпур, путем проталкивания указанного несущего элемента через указанную систему инкапсуляции по направлению к закрытому концу шпура и поворота указанного несущего элемента таким образом, чтобы разорвать указанную хрупкую оболочку каждого указанного картриджа и смешать каждое из указанных инкапсулирующих средств таким образом, чтобы указанное первое инкапсулирующее средство инкапсулировало передний участок указанного несущего элемента, расположенный рядом с закрытым концом указанного шпура, и указанное второе инкапсулирующее средство инкапсулировало промежуточный участок указанного несущего элемента, проходящий между указанным передним участком указанного несущего элемента и задним участком указанного несущего элемента; и
отверждение указанной первой смоляной композиции для закрепления указанного переднего участка указанного несущего элемента в указанном шпуре;
причем после завершения указанной установки указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная первая смоляная композиция.
Как правило, указанное второе инкапсулирующее средство содержит вторую смоляную композицию, причем указанный способ также включает отверждение указанной второй смоляной композиции.
Как правило, указанная система инкапсуляции также содержит третье инкапсулирующее средство, содержащее отверждаемую третью смоляную композицию, причем вставка указанной системы инкапсуляции в шпур включает вставку указанного третьего инкапсулирующего средства в шпур после указанного второго инкапсулирующего средства, указанное третье инкапсулирующее средство по меньшей мере частично инкапсулирует указанный задний участок указанного несущего элемента, указанный способ также включает отверждение указанной третьей смоляной композиции для закрепления указанного заднего участка указанного несущего элемента в указанном шпуре;
причем после завершения указанной установки указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная третья смоляная композиция.
В предпочтительном варианте осуществления указанная первая смоляная композиция полностью затвердевает раньше полного затвердевания указанной третьей смолы.
Как правило, указанный способ также включает, после затвердевания указанной первой смолы, натяжение указанного несущего элемента. Для вариантов осуществления, в которых указанное второе инкапсулирующее средство содержит вторую смоляную композицию, указанный несущий элемент натягивают раньше полного затвердевания указанной второй смолы. Для вариантов осуществления, в которых указанная система инкапсуляции содержит указанные первое, второе и третье инкапсулирующие средства, указанный несущий элемент натягивают раньше полного затвердевания третьей смолы.
В одном варианте осуществления указанная система инкапсуляции содержит отдельный указанный картридж, содержащий каждое указанное инкапсулирующее средство, причем вставка указанной системы инкапсуляции в указанный шпур включает вставку первого картриджа, содержащего указанное первое инкапсулирующее средство в указанный шпур с последующей вставкой второго картриджа, содержащего указанное второе инкапсулирующее средство в указанный шпур. Для вариантов осуществления, в которых указанная система инкапсуляции содержит указанные первое, второе и третье инкапсулирующие средства, вставка указанной системы инкапсуляции в указанный шпур также включает вставку третьего картриджа, содержащего указанную третью смоляную композицию, в шпур после указанного второго картриджа.
В альтернативных вариантах осуществления указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем вставка указанной системы инкапсуляции в шпур включает вставку указанного картриджа в указанный шпур с указанным первым инкапсулирующим средством впереди.
Краткое описание чертежей
Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения исключительно в качестве примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 представлена изометрическая проекция системы инкапсуляции в соответствии с первым вариантом осуществления;
на фиг. 2 представлен поперечный разрез или вид спереди системы инкапсуляции по фиг. 1, вставленной в шпур;
на фиг. 3 представлен вид спереди с частичным разрезом установки анкерной крепи, включающей систему инкапсуляции по фиг. 1;
на фиг. 4 представлен увеличенный подробный вид участка А на фиг. 3;
на фиг. 5 представлен увеличенный подробный вид участка В на фиг. 3;
на фиг. 6 представлена изометрическая проекция системы инкапсуляции в соответствии с вторым вариантом осуществления;
на фиг. 7 представлен вид спереди в поперечном разрезе системы инкапсуляции по фиг. 6, вставленной в шпур;
на фиг. 8 представлена изометрическая проекция системы инкапсуляции в соответствии с третьим вариантом осуществления;
на фиг. 9 представлен вид спереди в поперечном разрезе системы инкапсуляции по фиг. 8, вставленной в шпур;
на фиг. 10 представлена изометрическая проекция системы инкапсуляции в соответствии с четвертым вариантом осуществления;
на фиг. 11 представлена изометрическая проекция системы инкапсуляции в соответствии с пятым вариантом осуществления; и
на фиг. 12 представлена изометрическая проекция системы инкапсуляции в соответствии с шестым вариантом осуществления.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 изображена система 100 инкапсуляции для закрепления анкерной крепи в шпуре, пробуренном в плоскости горной выработки, подлежащей стабилизации, в соответствии с первым вариантом осуществления. Система 100 инкапсуляции содержит по меньшей мере два, а в данном случае три, отдельных инкапсулирующих средства и три удлиненных картриджа, содержащих инкапсулирующие средства. В частности, система 100 инкапсуляции согласно первому варианту осуществления содержит первый картридж 110, имеющий хрупкую оболочку 111 и содержащий первое инкапсулирующее средство 112, второй картридж 120, имеющий хрупкую оболочку 121 и содержащий второе инкапсулирующее средство 122, а также третий картридж 130, имеющий хрупкую оболочку 131 и содержащий третье инкапсулирующее средство 132. Каждый из картриджей 110, 120, 130 имеет относительно одинаковую удлиненную форму, а оболочка 111, 121, 131 содержит запаянную трубку из полиэфирной пленки с зажимом, герметизирующим каждый конец оболочки 111, 121, 131.
Первое инкапсулирующее средство 112 содержит отверждаемую первую смоляную композицию, как правило, представляющую собой двухкомпонентную смоляную композицию, состоящую из отверждаемого компонента (обычно называемого «смоляной мастикой») и каталитического компонента (обычно называемого отвердителем). При смешивании с отверждаемым компонентом каталитический компонент вызывает химическую реакцию затвердевания смолы. Оболочка 111 первого картриджа 110 разделена на два отделения полиэфирной пленкой (не показана), проходящей вдоль длины оболочки 111, причем отверждаемый и каталитический компоненты смоляной композиции содержатся в отдельных отделениях.
Третье инкапсулирующее средство 132 содержит отверждаемую третью смоляную композицию. Третья смоляная композиция как правило представляет собой композицию, аналогичную первой смоляной композиции, но может иметь большее время затвердевания. Кроме того, предполагается, что могут быть использованы различные смоляные композиции. Оболочка 131 третьего картриджа 130, как правило, идентична или по меньшей мере по существу идентична оболочке 111 первого картриджа 110 и также разделена на два отделения полиэфирной пленкой, проходящей вдоль длины оболочки 131, причем отверждаемый и каталитический компоненты смоляной композиции содержатся в отдельных отделениях.
Второе инкапсулирующее средство 122 представляет собой композицию, которая обеспечивает более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем первая и третья смоляные композиции. Предпочтительно, чтобы второе инкапсулирующее средство имело прочность сцепления менее, чем 50 % от прочности сцепления каждой из первой и третьей смоляных композиций, при его использовании (т. е. при затвердевании отверждаемого второго инкапсулирующего средства во время установки), а прочность на сжатие менее, чем 50 % от прочности на сжатие первой и третьей смоляных композиций, при использовании.
Второе инкапсулирующее средство 122 может представлять собой вторую смоляную композицию, имеющую более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие при затвердевании или, иначе, может содержать инертное соединение-наполнитель (которое могут подвергать или не подвергать отверждению при использовании). Для вариантов осуществления, в которых второе инкапсулирующее средство 122 представляет собой вторую смоляную композицию, в частности, двухкомпонентную смоляную композицию, состоящую из отверждаемого компонента и каталитического компонента, оболочка 121 второго картриджа 120 может быть идентичной оболочкам 111, 131 первого и третьего картриджей 110, 130. В такой форме внутреннее пространство оболочки 121 также разделено на два отделения полиэфирной пленкой, проходящей вдоль длины оболочки 121, причем отверждаемый и каталитический компоненты смоляной композиции содержатся в отдельных отделениях. Для вариантов осуществления, в которых второе инкапсулирующее средство представляет собой неактивное/инертное соединение-наполнитель, оболочка 121 второго картриджа 120 может иметь одно отделение, содержащее второе инкапсулирующее средство 122. Альтернативно, оболочка 121 второго картриджа 120 может иметь два отделения, причем отделение, которое в ином случае содержало бы каталитический компонент, оставляют пустым. Благодаря наличию второго инкапсулирующего средства 122 с более низкой прочностью сцепления и/или более низкой прочностью на сжатие, чем у первой и третьей смоляных композиций, при установке анкерной крепи может быть образована несвязанная или по меньшей мере относительно слабосвязанная область, как будет дополнительно обсуждаться ниже.
Первая и третья смоляные композиции могут представлять собой стандартные композиции, как правило, либо смоляную композицию на основе сложного полиэфира, включающую смесь крупнозернистых и мелкозернистых наполнителей на основе известняка, либо смоляную композицию на акриловой основе. В качестве первой смоляной композиции может быть выбрана такая композиция, которая имеет меньшее время затвердевания (как правило, называемая «быстрой смолой»), чем третья смоляная композиция (как правило, называемая «медленной смолой»). Быстрые смолы, как правило, имеют время затвердевания приблизительно от 6 до 30 секунд или приблизительно от 6 до 15 секунд, хотя возможны и другие периоды времени. Медленные смолы, как правило, имеют время затвердевания от приблизительно 30 секунд до порядка минут, хотя возможны и другие периоды времени. В первой и третьей смоляных композициях, как правило, соотношение между отверждаемым компонентом и каталитическим компонентом может составлять от 15:1 вплоть до 2:1.
Второе инкапсулирующее средство может иметь состав, обеспечивающий уменьшенную прочность сцепления и/или прочность на сжатие за счет использования смоляной композиции, которая при затвердевании имеет меньшую прочность, включает хуже затвердевающий компонент или другие альтернативные химические свойства, обеспечивающие охрупчивание или уменьшение полимеризации смоляной композиции по сравнению с первой и третьей смоляными композициями. Второе инкапсулирующее средство также может быть разупрочнено путем исключения известняковых наполнителей или использования в смоляной композиции лишь мелкодисперсных наполнителей. Еще одним альтернативным способом разупрочнения второго инкапсулирующего средства может быть использование смоляной композиции без каталитического компонента, в результате чего оставшийся отверждаемый компонент будет оставаться незатвердевшим, или, в ином случае, уменьшение содержания каталитического компонента, которое приводит к неполному затвердеванию смолы. Кроме того, для обеспечения инертности любого каталитического компонента во второе инкапсулирующее средство может быть введена дополнительная химическая добавка. Кроме того, предполагается, что второе инкапсулирующее средство может иметь форму инертного/неактивного средства на несмоляной основе.
Далее, со ссылкой на фиг. 2 и 3 прилагаемых чертежей будет описана установка анкерной крепи с использованием системы 100 инкапсуляции. Сначала в плоскости 11 горной выработки обычным способом просверливают шпур 10, подлежащий стабилизации. Затем, в шпур 10 вставляют систему 100 инкапсуляции. Сначала вставляют первый картридж 110, за ним вставляют второй картридж 120 и, наконец, третий картридж 130. Первый картридж 110 продвигают по направлению к верхнему закрытому концу 12 шпура 10, а затем второй и третий картриджи 120, 130. Первый картридж 110 проходит в продольном направлении по верхнему участку шпура 10, второй картридж 120 проходит по центральному участку шпура 110, а третий картридж 130 проходит по нижнему участку шпура 130 от расположенного рядом отверстия 13 шпура. Первый, второй и третий картриджи 110, 120, 130 имеют размеры, обеспечивающие их прохождение по существу вдоль длины шпура 10.
Затем, в шпур 10 вставляют анкерную крепь 50. В конфигурации, изображенной на фиг. 3, анкерная крепь 50 содержит удлиненный несущий элемент в форме жесткого стержня 51 стандартной формы. Затягивающую гайку 52 с резьбой устанавливают на резьбовом конце 53 стержня 51. Антифрикционную шайбу 54, куполовидную шайбу 55 и тарельчатую шайбу 56 устанавливают известным способом на стержень 51 над затягивающей гайкой 52. Анкерную крепь 50, как правило, вставляют в шпур 10 с помощью стандартного установочного приспособления, причем затягивающую гайку 52 устанавливают в установочной тележке установочного приспособления. Стержень 51 проталкивают по направлению к закрытому концу 12 шпура 10 с помощью установочного приспособления. Стержень 51 проталкивают через систему 100 инкапсуляции, образованную первым, вторым и третьим картриджами 110, 120, 130, по направлению к закрытому концу 12 шпура 10. Когда стержень 51 проталкивают вверх, его также поворачивают с помощью установочного приспособления. При проталкивании и повороте стержня 51 происходит разрывание хрупкой оболочки 111, 121, 131 каждого из картриджей 110, 120, 130 и смешивание отверждаемых и каталитических компонентов каждого инкапсулирующего средства 112, 122, 132. Помимо смешивания отверждаемых и каталитических компонентов каждой смоляной композиции, проталкивание и поворот стержня 51 через картриджи 110, 120, 130 приводит к тому, что смешивающаяся смола по меньшей мере по существу полностью инкапсулирует стержень 51 внутри шпура 10, заполняя кольцевое пространство между жестким стержнем 51 и стенкой шпура 10. В местоположениях первого, второго и третьего картриджей 110, 120, 130 первое инкапсулирующее средство 112 инкапсулирует передний участок 56 стержня 51, второе инкапсулирующее средство 122 инкапсулирует промежуточный участок 57 стержня 51, который проходит между передним участком 56 и задним участком 58 стержня 51, а третье инкапсулирующее средство 132 по меньшей мере частично инкапсулирует задний участок 58 стержня 51 и, в частности, инкапсулирует область заднего участка 58 стержня 51, которая расположена внутри шпура 10 (с резьбовым концом 53 стержня 51, выступающим за пределы шпура 50).
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что, хотя может происходить некоторое взаимное перемешивание первого и второго инкапсулирующих средств 112, 122 на первой границе 141 между ними, а также второго и третьего инкапсулирующих средств 122, 132 на второй границе 142 между ними, ожидается, что такое взаимное перемешивание, как правило, ограничено расстоянием порядка 50–100 мм. Такое ограниченное перемешивание не должно существенно влиять на характеристики передачи нагрузки системы 100 инкапсуляции в целом. На фиг. 4 показана первая граница 141 между первым и вторым инкапсулирующими средствами 112, 122, где схематично представлена различимая граница, тогда как, как отмечено выше, граница будет по существу представлять собой зону взаимного перемешивания ограниченной длины. Аналогично, на фиг. 5 изображена вторая граница 142 между вторым инкапсулирующим средством 122 и третьим инкапсулирующим средством 132. Опять же, вместо образования различимой границы, как правило, образуется зона взаимного перемешивания ограниченной длины.
После смешивания инкапсулирующих средств путем при повороте стержня 51 поворачивание прекращают для возможности затвердевания смоляных композиций, составляющим инкапсулирующие средства. Для вариантов осуществления, в которых первая смоляная композиция, составляющая первое инкапсулирующее средство 112, представляет собой быстрозатвердевающую смоляную композицию, первая смоляная композиция, как правило, будет затвердевать в течение 6–30 секунд, в то время как второе и третье инкапсулирующие средства 122, 132 будут не полностью затвердевать. Таким образом, первое инкапсулирующее средство 112 быстро образует точечный анкер, закрепляющий передний участок 56 стержня 52 внутри шпура 650, расположенного рядом с закрытым концом 12 шпура 10. После затвердевания первого инкапсулирующего средства 112 и до полного затвердевания второго и третьего инкапсулирующих средств стержень 51 может быть предварительно натянут путем приложения повышенного крутящего момента к затягивающей гайке 52 обычным способом. Поскольку стержень 51 удерживается от поворота затвердевшим первым инкапсулирующим средством 112, при приложении крутящего момента затягивающая гайка 52 будет продвигаться вдоль заднего резьбового конца 53 стержня 51, таким образом обеспечивая натяжение стержня 51. Затягивающая гайка 52 опирается на антифрикционную шайбу 54, куполовидную шайбу 55 и тарельчатую шайбу 56 на плоскости 11 горной выработки, в результате чего стержень 51 проходит через затягивающую гайку 52 для обеспечения его натяжения.
При последующем затвердевании третьей смоляной композиции происходит закрепление заднего участка 58 стержня 51 в нижней области шпура 10. Для вариантов осуществления, в которых второе инкапсулирующее средство 122 представляет собой отверждаемую вторую смоляную композицию, вторая смоляная композиция также будет затвердевать, но после установки будет иметь более низкую прочность сцепления и/или прочность на сжатие, чем первая и третья смоляные композиции. Таким образом, будет обеспечен такой же эффект, что и в системе с полной инкапсуляцией смолой, причем смола физически не связана с промежуточным участком 57 стержня 51, благодаря чему промежуточный участок 57 стержня 51 может деформироваться в ответ на перемещение пластов породы, в то время как передний и задний участки 56, 58 стержня 51 остаются закрепленными внутри шпура 10. В таких вариантах применения с динамическим нагружением второе инкапсулирующее средство 122 позволяет промежуточному участку 57 стержня 51 деформироваться за счет того, что второе инкапсулирующее средство 122 не связано с поверхностью промежуточного участка 57 стержня 50, благодаря его уменьшенной прочности сцепления и/или за счет разрушения второго инкапсулирующего средства 122 вследствие его пониженной прочности.
На фиг. 6 изображена система 200 инкапсуляции согласно второму варианту осуществления. Система 200 инкапсуляции также содержит отдельные первое, второе и третье инкапсулирующие средства 112, 122, 132, как описано выше в отношении первого варианта осуществления. Однако во втором варианте осуществления инкапсулирующие средства 112, 122, 132 содержатся в едином картридже 210. Картридж 210 имеет еще более удлиненную форму и по существу имеет длину, сопоставимую с длиной шпура 10. Картридж 210 имеет хрупкую оболочку 211 той же формы, что и у каждого из картриджей по первому варианту осуществления, и, в данном случае, содержит запаянную трубку из полиэфирной пленки с зажимами, герметизирующими каждый конец оболочки 211. В картридже 210 внутреннее пространство оболочки 211 содержит все три инкапсулирующие средства 112, 122, 132, размещенные последовательно в продольном направлении. Картридж 210 расположен таким образом, что второе инкапсулирующее средство 122 расположено между первым и третьим инкапсулирующими средствами 112, 122. В пределах каждой области отверждаемые и каталитические компоненты каждой смоляной композиции также разделены полиэфирной пленкой, проходящей вдоль длины оболочки 211. Одиночная полиэфирная пленка, как правило, проходит по всей длине оболочки 211.
Как показано на фиг. 7, при использовании картридж 210 вставляют в шпур 10 с первым инкапсулирующим средством 112 впереди. Затем, стержень 51, образующий несущий элемент анкерной крепи 50, вставляют в шпур 50, проталкивают и поворачивают таким же образом, как обсуждалось выше в отношении первого варианта осуществления. Благодаря применению указанной конфигурации системы 200 инкапсуляции и в этом случае первое инкапсулирующее средство 121 инкапсулирует передний участок 56 стержня 51, второе инкапсулирующее средство 122 инкапсулирует промежуточный участок стержня 51, а третье инкапсулирующее средство 132 инкапсулирует задний участок 58 стержня 51. Инкапсулирующим средствам позволяют затвердеть, а анкерную крепь 50 при необходимости предварительно натягивают таким же образом, как описано выше. Таким образом, завершенная установка анкерной крепи по существу является такой же, как завершенная установка анкерной крепи, показанной на фиг. 4, рассмотренной выше.
На фиг. 8 изображена система 300 инкапсуляции согласно третьему варианту осуществления. Опять же, как и в первом и втором вариантах осуществления, система 300 инкапсуляции содержит первое, второе и третье инкапсулирующие средства 112, 122, 132. Три инкапсулирующие средства 112, 122, 132 также содержатся в едином картридже 310, имеющем хрупкую оболочку 311. Вместо создания одного непрерывного внутреннего пространства оболочки 311 вдоль ее длины выполнены два зажима или сужения 312, 313 другой формы с образованием трех по существу отдельных областей 330, 340, 350, каждая из которых содержит одно из инкапсулирующих средств 112, 122. 132. В изображенном варианте осуществления первая область 330 содержит первое инкапсулирующее средство 112, вторая область 340 содержит второе инкапсулирующее средство 122, а третья область 350 содержит третье инкапсулирующее средство. Образованные сужения 312, 313 в оболочке 310 также способны обеспечивать некоторую связь между указанными областями внутреннего пространства оболочки 311, все также обеспечивая некоторое взаимное перемешивание между инкапсулирующими средствами до их затвердевания, однако это не должно оказывать какое-либо заметное влияние на характеристики системы инкапсуляции. Сужения 312, 313 могут быть образованы с помощью зажимов. Наличие единого удлиненного картриджа позволяет работать с системой инкапсуляции как с одним непрерывным узлом и устанавливать ее как один непрерывный узел.
Как показано на фиг. 9, в ходе установки картридж 310 также вставляют с первым инкапсулирующим средством 112 впереди. Остальная часть установки анкерной крепи 50 является такой, как описано выше.
Могут быть предложены различные комбинации/изменения систем инкапсуляции согласно вариантам осуществления с первого по третий, например, с тремя инкапсулирующими средствами, содержащимися в двух отдельных картриджах, с одним картриджем, вмещающим два инкапсулирующих средства, и вторым картриджем, вмещающим одно инкапсулирующее средство. Одна из таких конфигураций изображена на фиг. 10, на которой представлена четвертая система 400 инкапсуляции. В системе 400 инкапсуляции первое и второе инкапсулирующие средства 112, 122 содержатся в первом картридже 410, а третье инкапсулирующее средство 132 содержится в отдельном втором картридже 420. Первый картридж 410 может иметь одно непрерывное внутреннее пространство или, иначе, может иметь сужение для образования двух по существу отдельных областей, каждая из которых содержит одно из инкапсулирующих средств 112, 122 эквивалентно описанному выше в отношении системы 300 инкапсуляции согласно третьему варианту осуществления.
На фиг. 11 изображена система 500 инкапсуляции в соответствии с пятым вариантом осуществления, в которой первое инкапсулирующее средство 112 содержится в первом картридже 510, а второе и третье инкапсулирующие средства 122, 123 содержатся в отдельном втором картридже 520. Опять же, второй картридж 520 может иметь сужение, образованное в оболочке для создания двух по существу отдельных областей, каждая из которых содержит одно из инкапсулирующих средств 122, 132, если это необходимо.
На фиг. 12 представлен шестой пример осуществления системы 600 инкапсуляции, в которой три инкапсулирующие средства 112, 122, 132 содержатся в едином картридже 610, имеющем хрупкую оболочку 611. Подобно третьему варианту осуществления, показанному на фиг. 8, в хрупкой оболочке 611 вдоль ее длины образовано сужение 612 для создания двух по существу отдельных областей 630, 640. Инкапсулирующие средства 112, 122, 132 размещены последовательно в продольном направлении, причем первое инкапсулирующее средство 112 содержится в первой области 630, третье инкапсулирующее средство 132 содержится во второй области 640, а второе инкапсулирующее средство 122 содержится как в первой области 630, так и во второй области 640 по обе стороны от сужения 612.
Для специалиста в данной области техники будут очевидными различные другие альтернативные варианты описанной системы и способа инкапсуляции. Например, предполагается, что вместо использования первого, второго и третьего инкапсулирующих средств может быть использована система инкапсуляции, включающая только первое и второе инкапсулирующие средства 112, 122 с исключенным третьим инкапсулирующим средством 132, если дополнительное закрепление нижнего участка 58 анкерной крепи 50 нежелательно. Для таких вариантов применения система 100 инкапсуляции по первому варианту осуществления была бы изменена путем исключения третьего картриджа 130. Система 200 инкапсуляции по второму варианту осуществления была бы изменена путем исключения третьего инкапсулирующего средства 132. Система 300 инкапсуляции по третьему варианту осуществления была бы изменена путем исключения второго сужения 312 и третьего инкапсулирующего средства 132. Хотя представленная выше установка анкерной крепи была описана в отношении анкерной крепи, имеющей форму удлиненного несущего элемента в виде жесткого стержня, также предусматривается, что описанные системы инкапсуляции могут быть использованы в сочетании с анкерной крепью в виде кабельного болта, в котором удлиненный несущий элемент имеет форму кабеля/многожильного провода.
1. Система инкапсуляции для закрепления анкерной крепи в шпуре, пробуренном в плоскости горной выработки, подлежащей стабилизации, содержащая по меньшей мере два отдельных инкапсулирующих средства и один или более удлиненных картриджей, содержащих указанные инкапсулирующие средства, причем каждый из указанных картриджей имеет хрупкую оболочку, а указанные инкапсулирующие средства включают:
первое инкапсулирующее средство, содержащее отверждаемую первую смоляную композицию; и второе инкапсулирующее средство;
причем после использования для закрепления анкерной крепи указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная первая смоляная композиция.
2. Система инкапсуляции по п. 1, в которой указанное второе инкапсулирующее средство содержит отверждаемую вторую смоляную композицию.
3. Система инкапсуляции по п. 1 или 2, в которой указанная вторая композиция имеет большее время затвердевания, чем указанная первая смоляная композиция.
4. Система инкапсуляции по любому из пп. 1–3, в которой указанная система инкапсуляции также содержит третье инкапсулирующее средство, содержащее отверждаемую третью смоляную композицию;
причем после использования для закрепления анкерной крепи указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная третья смоляная композиция.
5. Система инкапсуляции по п. 4, в которой указанная третья смоляная композиция имеет большее время затвердевания, чем указанная первая смоляная композиция.
6. Система инкапсуляции по п. 4 или 5, в которой первая смоляная композиция имеет время затвердевания от 6 до 30 секунд, а третья смоляная композиция имеет время затвердевания 30 секунд или более.
7. Система инкапсуляции по любому из предшествующих пунктов, в которой указанная система инкапсуляции содержит отдельный указанный картридж, содержащий каждое указанное инкапсулирующее средство.
8. Система инкапсуляции по любому из пп. 4–7, в которой указанные один или более удлиненных картриджей включают первый картридж, содержащий указанное первое инкапсулирующее средство, второй картридж, содержащий указанное второе инкапсулирующее средство, и третий картридж, содержащий указанную третью смоляную композицию.
9. Система инкапсуляции по любому из пп. 1–6, в которой указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем указанные инкапсулирующие средства размещены последовательно в продольном направлении вдоль внутреннего пространства указанной оболочки.
10. Система инкапсуляции по любому из пп. 4–6, в которой указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем указанное второе инкапсулирующее средство размещено между указанными первым и третьим инкапсулирующими средствами.
11. Система инкапсуляции по любому из пп. 1–6, в которой указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем указанная оболочка имеет одно или более сужений, образованных вдоль ее длины для создания множества областей вдоль внутреннего пространства указанной оболочки.
12. Система инкапсуляции по п. 11, в которой каждая указанная область содержит одно из указанных инкапсулирующих средств.
13. Система инкапсуляции по любому из пп. 4–6, в которой указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем указанная оболочка имеет одно или более сужений, образованных вдоль ее длины для создания множества областей вдоль внутреннего пространства указанной оболочки, и причем указанное второе инкапсулирующее средство размещено между указанными первым и третьим инкапсулирующими средствами.
14. Система инкапсуляции по п. 13, в которой оболочка имеет одно сужение, образованное вдоль ее длины, образуя первую область и вторую область.
15. Система инкапсуляции по п. 14, в которой первое инкапсулирующее средство содержится в первой области, третье инкапсулирующее средство содержится во второй области, а второе инкапсулирующее средство содержится как в первой, так и во второй областях.
16. Система инкапсуляции по любому из предшествующих пунктов, в которой каждая из указанных смоляных композиций содержит отверждаемый компонент и каталитический компонент.
17. Система инкапсуляции по любому из пп. 1–15, в которой указанная вторая смоляная композиция содержит инертное соединение-наполнитель, а указанные первая и третья смоляные композиции содержат отверждаемый компонент и каталитический компонент.
18. Способ установки анкерной крепи в шпур, пробуренный в плоскости горной выработки, подлежащей стабилизации, включающий:
вставку в шпур системы инкапсуляции, содержащей по меньшей мере два инкапсулирующих средства и один или более удлиненных картриджей, содержащих указанные инкапсулирующие средства, причем каждый из указанных картриджей имеет хрупкую оболочку, указанные инкапсулирующие средства включают первое инкапсулирующее средство, вставленное в шпур, за которым следует второе инкапсулирующее средство, причем указанное первое инкапсулирующее средство содержит отверждаемую первую смоляную композицию;
вставку анкерной крепи, содержащей удлиненный несущий элемент, в шпур путем проталкивания указанного несущего элемента через указанную систему инкапсуляции по направлению к закрытому концу шпура и поворота указанного несущего элемента таким образом, чтобы разорвать указанную хрупкую оболочку каждого указанного картриджа и смешать каждое из указанных инкапсулирующих средств таким образом, чтобы указанное первое инкапсулирующее средство инкапсулировало передний участок указанного несущего элемента, расположенный рядом с закрытым концом указанного шпура, и указанное второе инкапсулирующее средство инкапсулировало промежуточный участок указанного несущего элемента, проходящий между указанным передним участком указанного несущего элемента и задним участком указанного несущего элемента; и
отверждение указанной первой смоляной композиции для закрепления переднего участка указанного несущего элемента в указанном шпуре;
причем после завершения указанной установки указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная первая смоляная композиция.
19. Способ по п. 18, согласно которому указанное второе инкапсулирующее средство содержит вторую смоляную композицию, причем указанный способ также включает отверждение указанной второй смоляной композиции.
20. Способ по п. 18 или 19, согласно которому указанная система инкапсуляции также содержит третье инкапсулирующее средство, содержащее отверждаемую третью смоляную композицию, причем вставка указанной системы инкапсуляции в шпур включает вставку указанного третьего инкапсулирующего средства в шпур после указанного второго инкапсулирующего средства, указанное третье инкапсулирующее средство по меньшей мере частично инкапсулирует указанный задний участок указанного несущего элемента, указанный способ также включает отверждение указанной третьей смоляной композиции для закрепления указанного заднего участка указанного несущего элемента в указанном шпуре;
причем после завершения указанной установки указанное второе инкапсулирующее средство имеет более низкую прочность сцепления и/или более низкую прочность на сжатие, чем указанная третья смоляная композиция.
21. Способ по п. 20, согласно которому указанная первая смоляная композиция полностью затвердевает раньше полного затвердевания указанной третьей смолы.
22. Способ по любому из пп. 18–21, который также включает, после затвердевания указанной первой смолы, натяжение указанного несущего элемента.
23. Способ по любому из пп. 19–22, который также включает, после затвердевания указанной первой смолы, натяжение указанного несущего элемента, причем указанный несущий элемент натягивают раньше полного затвердевания указанной второй смолы.
24. Способ по любому из пп. 20–23, который также включает, после затвердевания указанной первой смолы, натяжение указанного несущего элемента, причем указанный несущий элемент натягивают раньше полного затвердевания указанной третьей смолы.
25. Способ по любому из пп. 18–24, согласно которому указанная система инкапсуляции содержит отдельный указанный картридж, содержащий каждое указанное инкапсулирующее средство, причем вставка указанной системы инкапсуляции в указанный шпур включает вставку первого картриджа, содержащего указанное первое инкапсулирующее средство, в указанный шпур с последующей вставкой второго картриджа, содержащего указанное второе инкапсулирующее средство, в указанный шпур.
26. Способ по любому из пп. 18–24, согласно которому указанная система инкапсуляции содержит единый картридж, содержащий каждое из указанных инкапсулирующих средств, причем вставка указанной системы инкапсуляции в шпур включает вставку указанного картриджа в указанный шпур с указанным первым инкапсулирующим средством впереди.
