разрушаемая ампула с водосодержащим минеральным наполнителем для закрепления анкера в отверстии

Формула изобретения

1. Ампула с водосодержащим минеральным наполнителем для закрепления анкера в отверстии, содержащая разрушаемый корпус с минеральным компонентом и разрушаемую капсулу, содержащую водный компонент, длина разрушаемой капсулы соответствует длине разрушаемого корпуса, отличающаяся тем, что разрушаемая капсула содержит гидратирующий компонент, выполненный в виде пористого инертного несжимаемого минерального компонента или смеси компонентов, пропитанного водным раствором или водой, а разрушаемый корпус заполнен гидратируемым минеральным компонентом или смесью минеральных компонентов, причем в любом поперечном сечении ампулы имеет место постоянное соотношение масс гидратируемого и гидратирующего компонентов.

2. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что минеральный компонент или смесь минеральных компонентов может иметь разную скорость твердения по длине.

3. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что разрушаемый корпус и разрушаемая капсула имеют внутреннюю перегородку.

4. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении форму прямой линии.

5. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении форму ломаной линии.

6. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении форму дуги.

7. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении S-образную форму.

8. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что разрушаемая капсула расположена внутри разрушаемого корпуса.

9. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что разрушаемый корпус, разрушаемая капсула и внутренняя перегородка выполнены из синтетического материала, например полистирола.

10. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что разрушаемый корпус, разрушаемая капсула и внутренняя перегородка выполнены из металла, например металлической фольги.

11. Ампула по п.1, отличающаяся тем, что разрушаемый корпус, разрушаемая капсула и внутренняя перегородка выполнены из комбинации синтетического материала и металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится, преимущественно, к области строительства и горного дела и может быть использовано для закрепления анкера в отверстии, например, в конструкции анкерной крепи, устанавливаемой в шпурах горных выработок.

Известны разрушаемые ампулы на основе полиэфирных смол FASLOC (США), предназначенные для закрепления анкеров в горных породах. Ампула состоит из термически склеенной трубки из полиэфирной пленки, имеющей два отсека. Один отсек заполнен смолой, другой - катализатором (www.faslocinc.com)

Недостатком ампулы FASLOC является необходимость большого навыка и тщательного исполнения регламента процедуры установки. В состав полиэфирных ампул входят токсичные летучие вещества, требующие осторожности от персонала.

Разработкой ампул на основе синтетических смол занимается также немецкая фирма Minova International Ltd (www.minovainternational.com), а также угольный институт КНИУИ (см., например, патент СССР № 1601387, E21D 21/00, 1990). Применение синтетических смол обуславливает определенную конструкцию ампул, которая известна.

В настоящем описании приведены конструкции ампул, имеющих минеральные компоненты.

Известен патрон для закрепления анкеров, содержащий мягкую оболочку патрона, в которой находится сыпучая минеральная композиция и стеклянная ампула с жидким отвердителем. Сыпучая составляющая смеси представляет собой таблетообразные гранулы. При разрушении вращающимся резцом анкера мягкой оболочки и стеклянной ампулы с жидким отвердителем происходит перемешивание смеси. При этом гранулы разрушаются и превращаются в сыпучую смесь, которая смешивается с отвердителем (патент СССР № 1606709, E21D 20/00, 1990).

К недостаткам патрона следует отнести то, что при вскрытии внутренней емкости с отвердителем, в качестве которого обычно используют воду, вода смачивает, в основном, часть порошкообразной минеральной композиции, а частично вытекает вниз, минуя ее. При этом часть минеральной композиции остается не смоченной и не гидратирует.

Указанный недостаток частично устранен в известной ампуле для закрепления анкеров, содержащей внешнюю оболочку с минеральной композицией и внутреннюю оболочку с отвердителем. Внутреннюю оболочка разделена посредством термошвов на герметичные секции, каждая из которых заполнена отвердителем (свидетельство РФ на полезную модель № 68061, E21D 21/00, 2007).

Недостатком данной ампулы является то, что проблема вытекания воды не решена полностью, т.к. в данном техническом решении, по сравнении с предыдущим, вытекание воды из одного объема заменено на вытекание из нескольких объемов. Это ухудшает качество крепи.

Известен составной анкер (европатент № 0502348, F16B 13/14, 1992), в котором проблема вытекания воды из рабочей зоны решалась с одной стороны секционированием объема сосуда с водой, а с другой стороны - с помощью резинового колпака с манжетой. Составной анкер для закрепления гладкой анкерной штанги в шпуре содержит внешнюю стеклянную оболочку, заполненную порошкообразным цементом с зернистым наполнителем и внутренний стеклянный сосуд с перетяжками, заполненный водой. Внутренний сосуд с помощью специальных приспособлений (распорок, стоек, фиксаторов) позиционируется строго по центральной оси. Разрушаемый торец внешней стеклянной оболочки снабжен резиновым колпаком с манжетой и буртиком, предназначенным для уменьшения вытекания воды при разрушении стеклянных оболочек.

Недостатком данного решения является ограниченная область применения: только для гладких анкеров и только для строго заданных диаметров анкеров и шпуров. Кроме того, составной анкер сложен в изготовлении и применении (необходимость четкого позиционирования составного анкера по оси шпура, осторожность при обращении со стеклянными оболочками).

Известен разрушаемый патрон для закрепления анкера в отверстии, в котором замедление вытекания воды решено путем помещения во внутреннюю капсулу патрона эластичного пористого полимерного материала. Конструкция патрона является традиционной и представляет собой разрушаемый корпус, заполненный сухой минеральный вяжущей смесью, и расположенную внутри него капсулу, заполненную эластичным пористым полимерным материалом, в порах которого содержится водный компонент. В качестве эластичного пористого полимерного материала использован поролон (заявка РФ № 2008112103, E21D 21/00, 2009).

Недостатком является то, что эластичный пористый полимерный материал удерживает воду только при отсутствии нагрузок. При разрушении патрона и капсулы происходит смятие эластичного материала и вода выдавливается из рабочей зоны, что ухудшает качество крепи.

Прототипом изобретения является разрушаемая ампула с водосодержащим минеральным наполнителем для закрепления анкера в отверстии, содержащая разрушаемый корпус с минеральным компонентом и разрушаемую капсулу, содержащую водный компонент, длина внутренней капсулы соответствует длине разрушаемого корпуса (патент РФ № 2087761, F16B 13/14, 1997). Разрушаемая капсула расположена внутри разрушаемого корпуса. В водный компонент введено тиксотропное средство для обеспечения его пастообразного состояния до момента разрушения капсулы. В качестве тиксотропного средства использована аморфная пирогенная кремниевая кислота. Ампула и капсула с водным компонентом выполнены из стекла.

Основным недостатком является нестабильность запроектированных механических свойств анкерной крепи, т.к. проблема вытекания водного компонента не решена и в прототипе. При разрушении капсулы часть пастообразного компонента выдавливается вдоль анкера наружу. При этом имеет место неравномерное смешивание компонентов смеси, т.к. при разрушении капсулы неизвестно, попадет ли в рабочую зону то количество водного компонента, которое необходимо для полной качественной гидратации минеральной смеси. Результатом этого являются не соответствующие запроектированным механические свойства как в объеме одной анкерной крепи, так и разброс механических свойств от крепи к крепи. Кроме того, недостатком является сложность изготовления ампулы, в частности герметизация стеклянной ампулы и капсулы с водным компонентом. Это приводит к удорожанию ампулы.

Задача, решаемая изобретением - получение стабильных запроектированных механических свойств анкерной крепи путем доставки в рабочую зону водного компонента без потерь.

Эта задача решается тем, что ампула с водосодержащим минеральным наполнителем для закрепления анкера в отверстии, содержащая разрушаемый корпус с минеральным компонентом и разрушаемую капсулу, содержащую водный компонент, длина разрушаемой капсулы соответствует длине разрушаемого корпуса, разрушаемая капсула содержит гидратирующий компонент, выполненный в виде пористого инертного несжимаемого минерального компонента или смеси компонентов, пропитанного водным раствором или водой, а разрушаемый корпус заполнен гидратируемым минеральным компонентом или смесью минеральных компонентов, причем в любом поперечном сечении ампулы имеет место постоянное соотношение масс гидратируемого и гидратирующего компонентов.

Минеральный компонент или смесь минеральных компонентов может иметь разную скорость твердения по длине.

Разрушаемый корпус и разрушаемая капсула имеют внутреннюю перегородку.

Внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении форму прямой линии.

Внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении форму ломаной линии.

Внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении форму дуги.

Внутренняя перегородка разрушаемого корпуса и капсулы имеет в поперечном сечении S-образную форму.

Разрушаемая капсула расположена внутри разрушаемого корпуса.

Разрушаемый корпус, разрушаемая капсула и внутренняя перегородка выполнены из синтетического материала, например, полистирола.

Разрушаемый корпус, разрушаемая капсула и внутренняя перегородка выполнены из металла, например, металлической фольги.

Разрушаемый корпус, разрушаемая капсула и внутренняя перегородка выполнены из комбинации синтетического материала и металла.

На фиг.1 показаны некоторые варианты конструкции заявляемой ампулы, на фиг.2 - ампула в отверстии с закрепляемым анкером.

Конструкция ампулы должна обеспечивать постоянство соотношения компонентов, входящих в состав ампулы. Для этого в любом поперечном сечении ампулы должно соблюдаться постоянное соотношение масс гидратируемого и гидратирующего компонентов. При этом, в данном описании под гидратируемым компонентом понимается компонент, взаимодействующий с водой или водным раствором с образованием твердого вещества. Под гидратирующим компонентом понимается компонент, имеющий в своем составе воду.

Ампула с водосодержащим минеральным наполнителем (гидратирующий компонент) для закрепления анкера 1 в отверстии, например, строительного элемента или горной породы 2, содержит разрушаемый корпус 3 с минеральным компонентом 4 (гидратируемый компонент), перегородку 5 и разрушаемую капсулу 6, содержащую водный компонент. Длина разрушаемой капсулы 6 должна соответствовать длине разрушаемого корпуса 3. Ампула может иметь любую форму, позволяющую поместить ее в отверстие (шпур), например, цилиндрическую, призматическую, коленчатую форму и пр. Водный компонент представляет собой любой пористый инертный несжимаемый минеральный компонент, например, песок, пенобетон, или смесь других компонентов, пропитанных водным раствором или водой. Водный компонент остается влажным ввиду герметичности корпуса и капсулы ампулы. Разрушаемый корпус 3 заполнен минеральным компонентом, или смесью минеральных компонентов, твердеющих при контакте с водным компонентом. Минеральный компонент или смесь минеральных компонентов может иметь разную скорость твердения по длине ампулы, например, цемент разных марок или смесь цемента с другими твердеющими веществами. Разрушаемый корпус 3 и разрушаемая капсула 6 могут быть разделены внутренней перегородкой 5, которая может иметь в поперечном сечении прямую или ломаную линии, дугообразную форму, S-образную форму (фиг.1), а также любую другую форму. Разрушаемый корпус 3 и разрушаемая капсула 6 могут быть образованы частью внешней оболочки и внутренней перегородкой 5. Разрушаемая капсула 6 может также располагаться внутри разрушаемого корпуса 3 (фиг.1). Разрушаемый корпус 3, разрушаемая капсула 6 и внутренняя перегородка 5 могут быть выполнены из синтетического материала, металла, или их комбинаций. В частности, корпус 3, капсула 6 и внутренняя перегородка 5 могут быть выполнены, например, из полистирола, металлической фольги, металлизированной пленки или их комбинаций. Разрушаемый корпус 3, разрушаемая ампула 6 и перегородка 5 могут быть выполнены из единого куска материала (фиг.1а), в), е), ж)), или из нескольких кусков (б, г), д), з)).

Установка анкера в отверстии осуществляется следующим образом. Подготавливается отверстие глубиной не менее рабочей длины анкера и диаметром, обеспечивающим размещение тела анкера и содержимого ампулы. Рабочей зоной анкера является пространство между стенками отверстия (шпура) и рабочей поверхностью анкера. В отверстие помещается ампула (фиг.2). Количество необходимых для установки анкера ампул может быть больше одной.

В отверстие вводится анкер 1, который ввинчивается в отверстие, разрушая ампулу, приблизительно до основания отверстия. При разрушении ампулы компоненты, находящиеся в разрушаемом корпусе 3 и разрушаемой капсуле 6 равномерно перемешиваются вращающимся анкером между собой и фрагментами корпуса 3, капсулы 6 и внутренней перегородки 5. В результате перемешивания происходит гидратация и дальнейшее отверждение компонентов ампулы, закрепляющее анкер 1 в строительном элементе или горной породе 2. Поскольку водный компонент является несжимаемым, то при разрушении ампулы и воздействии анкера на смесь водного и минерального компонентов не происходит выдавливания и вытекания водного раствора или воды из рабочей зоны.

Получение стабильных запроектированных механических свойств анкерной крепи путем доставки в рабочую зону водного компонента без потерь достигается за счет того, что вода (водный раствор) не хранится отдельно и не подается при разрушении ампулы. Соответственно отсутствует ее отекание и неполное смачивание минерального компонента. Вода (водный раствор) привнесена заранее и сохраняется в порах инертного минерального компонента при формировании разрушаемой ампулы с водосодержащим минеральным наполнителем.