Способ контроля прочности закрепления анкера в шпуре

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - определение эксплуатационной надежности установленного в шпуре анкера. Для этого возбуждают в размещенном в Шпуре 11 анкерном стержне (АС) 1 колебания путем воздействия на его выступающий Конец преобразователя колебаний. При /J 11 1 Ъ /S ./// У// / ь /. х /// /77 / 77 7 , Zi. А этом собственные колебания АС 1 измеряют посредством индикатора резонанса частоты . Шпур 11 заполнен затвердевшим раствором 12. Преобразователь колебаний состоит из электромагнита 8. Для питания последнего служит генератор переменной частоты 9. Одновременно с возбуждением в АС 1 колебаний посредством гидродомкрата 4 производят его растяжение в режиме жесткого нагружения. Гидродомкрат 4 работает от масляного насоса 5 с вентилем 6 и манометром 7. По изменению по мере растяжения величины нагрузки и частоты строят диаграмму нагрузка - частота Затем по значениям пиковых значений частоты и нагрузки диаграммы с помощью тарировочной зависимости длина участка защемления-нагрузка, частота определяют прочность закрепления АС 1 на отдельных участках по его длине. 4 ил. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Е 21 О 20/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4763736/03 (22) 28.11.89 (46) 23.11.92. Б-юл, М 43 (71) Норильский горно-металлургический комбинат им. А.П.Завенягина (72) С.С.Шаталов и С.В.Бойко (56) 1. Широков А.Н. Теория и практика применения анкерной крепи. — M.: Недра, 1981, с. 311.

2. Авторское свидетельство СССР

М 358515, кл. Е 21 0 21/00, 1971. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ ЗАКРЕПЛЕНИЯ АНКЕРА В ШПУРЕ

@7) Изобретение относится к горному делу.

Цель — определение эксплуатационной надежности установленного в шпуре анкера.

Для этого возбуждают в размещенном в

Впуре 11 анкерном стержне (АС) 1 колебаййя путем воздействия íà его выступающий

Юнец преобразователя колебаний. При

<»> ЫЛ<»> 177б808 А1 этом собственные колебания АС 1 измеряют посредством индикатора резонанса частоты. Шпур 11 заполнен затвердевшим раствором 12. Преобразователь колебаний состоит из электромагнита 8. Для питания последнего служит генератор переменной частоты 9. Одновременно с возбуждениел в

АС 1 колебаний посредством гидродомкрата 4 производят его растяжение в режиме жесткого нагружения. Гидродол1крат 4 работает от масляного насоса 5 с вентилем 6 и манометром 7. По изменению по мере растяжения величины нагрузки и частоты строят диаграмму нагрузка — частота. Затем по значениям пиковых значений частоты и нагрузки диаграммы с помощью тарИровоч ной зависимости длина участка защемления-нагрузка, частота определяют прочность закрепления АС 1 на отдельных участках по его длине. 4 ил.

1776808

Изобретение относится к горному делу, может быть использовано при шахтных или лабораторных испытаниях анкерной крепи, преимущественно для контроля прочности закрепления анкеров, Известен способ контроля закрепления анкерной крепи, в котором на выступающий конец анкера при помощи нагружающего устройства воздействуют растягивающей нагрузкой, измеряют выдергивающую нагрузку, по.которой судят о несущей способности анкера (1).

В этом способе за норму надежного закрепления анкера в шпуре принимаютдвойной вес заанкерованных пород в ряду, приходящийся на один анкер.

Этот способ позволяет контролировать работоспособность анкеров однозамкового типа; эксплуатационная надежность которых определеяется величиной выдергиваю щей - нагрузки, соответствующей максимальной прочности закрепления замков в шпуре или разрывной прочности стержня. анкера.

Однако этот способ обладает низкой до стоверностью определения эксплуатационной надежности анкеров, закрепленных по всей длине шпура или многозамковых анкеров, Известен способ контроля закрепления анкерной крепи, в котором воздействуют преобразователем колебаний на выступэющйй конец анкера, .возбуждают в арматурном.стержне продольные колебания, которь е воспринимают индикатором резо-нанса. По измеренной частоте собственных продольных колебаний стержня анкера определяют коэффициент защемления анкера, по которому судят о качестве его закрепления в шпуре (2).

Недостаток способа — низкая достоверность сведений о качестве закрепления анкера в шпуре.

Указанный недостаток обусловлен отсутствием количественной оценки эксплуатационной надежности закрепления анкера в шпуре, например, воздействием определенной максимальной растягивающей нагрузки, приложенной к выступающему концу анкера, которая характеризует прочность закрепления анкера в шпуре. О степени закрепления анкера s шпуре судят по тому оценочному параметру, который не отражает действительное состояние закрепленного. анкера. При контроле этим способом полагают, что длина незащемленной части стержня анкера соответствует длине выступающего конца стержня анкера, а свойства материала стержня в обязательном порядке соответствуют за счет окисления материала стержня. А чув10. ствительность коэффициента защемления

20 валов минимальной прочности зэкрепле35 ния. Потеря эксплуатационной надежности

45, сдвиговой нагрузки приводит к смещению этой зоны по длине анкера. Регистрируемая при этом максимальная нагрузка на выступающий конец анкера будет определять величину сил адгезии уже в новом интервале

ЗО паспортным значениям, Однако. в процессе работы анкера длина незащемленной части стержня анкера может меняться от разных воздействий на обнажения, например сейсмического воздействия взрывных работ, горного давления и т.д. Кроме того, изменение свойств материала анкера в незащищенной его части может происходить также анкера к изменению величины сцепления с затвердевшим раствором падает с удалением от контура выработки.

Поэтому возможны случаи, когда при отсутствии сцепления стержня с затвердевшим составом в наиболее ответственных за работоспособность участках анкера, по прочности сцепления стержня анкера в приконтурной части выработки коэффициентом зэщемления анкера будет фиксироваться нормальное сцепление анкера по всей длине. Это снижает достоверность определения эксплуатационной надежности установленного анкера, Эксплуатационная надежность анкеров, установленных в шпуре, характеризуется величиной сдвиговой прочности закрепления стержня анкера в интервалах, характеризуемых минимальной прочностью зацепления. Для достоверной оценки работоспособности анкера нужны сведения о распределении. по длине анкера величины прочности закрепления и положение интеранкера, закрепленного в шпуре, происходит путем потери сил адгезии.затвердевшего раствора. Нагрузка, приложенная х выступающему в выработку концу анкера, воспринимается не по всей длине закрепления стержня, а лишь в ограниченном интервале, прилегающем к зоне концентрации сдвиговой нагрузки в затвердевшем растворе, По- теря сил адгезии в зоне концентрации стержня. Исходя из изложенных представлений о характере изменения прочности закрепления стержня под действием нагрузки, приложенной к выступающему в выработку концу стержня, регистрация максимальной выдергивающей нагрузки характеризует прочность закрепления не всего анкера, а лишь некоторого его интервала, имеющего максимальную величину сил адгезии. Учитывая отсутствие контроля полноты заполнения шпурэ раствором и его

1776808 качества, оценка эксплуатационной надежности. анкера, установленного в шпуре укаэанным способом, может быть недостоверной. Это может быть, например, в следующих случаях: незаполнена раствором часть шпура, расположенная в ненарушенном массиве, а величина прочности закрепления анкера в устьевой части шпура соответствует нормативной прочности; шпур полностью заполнен раствором, но часть стержня анкера потеряла сцепление с затвердевшим раствором, например, иэ-за сейсмического воздействия взрывных работ, воздействия горного давления, физико-химического воздействия и т.д.; установлен многозамковый анкер.

Таким образом, данный способ обладает. низкой достоверностью определения эксплуатационной надежности установленного в шпуре анкера. Этим способом невозможно определить: распределение прочности закрепления анкера по его длине, выявить положение интервалов потери прочности закрепления анкера в массиве горных пород, являющиеся основными показателями работоспособности анкера.

Цель изобретения — определение эксплуатационной надежности установленного в шпуре анкера.

Цель достигается тем, что в способе контроля прочности закрепления анкера в шпуре, включающем возбуждение в анкерном стержне колебаний путем воздействия на его выступающий конец преобразователем колебаний и измерение посредством индикатора резонанса частоты собственных колебаний стержня, согласно изобретению, одновременно с возбуждением в стержне колебаний посредством гидродомкрата производят его растяжение в режиме жесткого нагружения, при этом по изменению по мере растяжения величины нагрузки и частоты колебаний определяют прочность закрепления стержня нв отдельных участках по его длине.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 — измеренная диаграмма нагружения стержня анкера; на фиг. 3 — график изменения нагрузки по длине -анкера; на фиг. 4 — график тарировочной зависимости длины незащемленной части стержня анкера от частоты и нагрузки.

Устройство для осуществления способа контроля прочности закрепления анкера 1 содержит нагрузочное устройство, которое состоит из корпуса 2, захвата 3, гидродомкрата 4, масляного насоса 5, вентиля 6, манометра 7. Для возбуждения поперечных

15 колебаний установлен электромагнит 8, питаемый генератором 9 (переменной частоты) и индикатор резонанса 10. Анкер помещен в шпур 11, заполненный затвердевшим раствором 12

Способ осуществляется следующим образом.

На выступающий конец анкера 1 при помощи нагружающего устройства (позиции 2-7) воздействуют растягивающей нагрузкой, причем анкер 1 нагружают в режиме жесткого нагружения. Одновременно при этом возбуждают поперечные колебания на выступающем конце анкера 1 при помощи электромагнита 8. Регистрируют величину приложенной нагрузки при помощи манометра 7 и частоту основного тока собственных поперечных колебаний анкера

1 с помощью индикатора резонанса 10 и

20 генератора переменной частоты 9.

На основании полученных данных строят кривую Р = f(Q) (см. фиг. 2) и при помощи тарировочных графиков I = f(P, 0) (см. фиг. 4) определяют длины незащищенных частей

25 анкера 1 и величины предельных нагрузок потерь сцепления стержня анкера 1 с затвердевшим раствором 12, которые служат характеристиками поинтервальной несущей способности анкера 1.

30 Пример осуществления способа, На выступающий конец анкера 1, изготовлен,ного из стали М-3 диаметром 16 мм, длиной

2 м, установленного в шпуре 11 диаметром

42 мм, заполненного бетонным раствором

35 12 с цементом марки M-400 при помощи захвата 3 прикрепляют нагрузочное устройство типа ППМ-3 таким образом, чтобы корпус 2 устройства был надежно прижат к выравненной поверхности контура горной40 выработки 13. Рабочую жидкость (на черте- . же не показана) из масляного насоса 5 через клапан 6 подают в гидродомкрат 4, передвигающийся поршень которого воздействует растягивающей нагрузкой 1.10 Н на анкер

45 1 в режиме жесткого нагружения. В процесСе увеличения нагрузки от 1 10 до 6-) 04 Н фиксируемой манометром 7, поинтервально с шагом через 110 Н возбуждают поперечные колебания в выступающем конце анке50 ра" при помощи электромагнита 8.

При возбуждении колебаний в анкере 1 производят измерение частоты основного тона поперечных колебаний незащемленной части стержня анкера, Измерение частоты производят путем совмещения частоты возбуждающего магнитного поля электромагнита 8 с частотой основного тона поперечных колебаний незащемленной части стержня анкера 1 при помощи индикатора резонанса 10 и измерителя частоты генера1776808 тора переменной частоты 9. При подходе нагрузки к пределу прочности сцепления стержня анкера учащают шаг измерения частоты для регистрации пиковых значений частоты и нагрузки, соответствующих ин- 5 тервальным значениям прочности и длины незащемленной части анкера (точки "а", "Ь", "с", "d" на фиг, 2) и сбрасываемым значениям нагрузки и частоты при разрушении испытываемого интервала стержня анкера 10 (точки "Ь", "с", "д" на фиг. 2). По измеренным значениям частоты и нагрузки строят диаграмму нагружения анкера P = f(Q) (см. фиг.

2), характеризующую- процесс разрушения закрепления анкера при воздействии растя- 15 гивающей нагрузки на выступающий в выработку конец анкера. По значениям величины нагрузки и частоты в точках "а", "Ь", "с", "d" диаграммы нагружения с помощью тарировочной зависимости! = f(P, Q) 20 (cM. фиг. 4) определяют длину незащемленной части анкера.

На диаграмме нагружения (см. фиг. 2) значения величины нагрузки в точке "а" Qa=

6.10 Н, а. частоты Pa = 6200 Гц. Точка с 25 абсциссой Оа = 6.10 Н и ординатой Ра =

6200 Гц на тарировочной зависимости I =.

f(P, Q) (см. фиг. 4) расположена вблизи тарировочной кривой с значением длины незащемленной части стержня анкера I = 0,5 м. 30

Аналогично, определив значения длины незащемленной части стержня анкера для точек "Ь", "с","б", наносим пиковые значения нагрузок диаграммы нагружения P = f(Q) (см. фиг. 2) на график поинтервальной прочности закрепления стержня анкера. представленный на фиг. 3. Величина прочности закрепления О - 4,2 ° 10 Н стержня анкера 1 в

4 интервале 1,3-2 Ом, расположенном в ненарушенных устойчивых породах, меньше нормативной прочности закрепления анкера. Поэтому, несмотря на превышение нормативной прочности закрепления анкера в интервале 0,9-1,3 м, расположенном в зоне нарушенных пород, анкер признается непригодным для дальнейшей эксплуатации.

Формула изобретения

Способ контроля прочности закрепления анкера в шпуре, включающий возбуждение в анкерном стержне колебаний путем воздействия на его выступающий конец преобразователя колебаний и измерение посредством индикатора резонанса частоты собственных колебаний стержня, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью определения эксплуатационной надежности установленного в шпуре анкера, одновременно с возбуждением в . стержне колебаний посредством гидродомкрата производят его растяжение в режиме жесткого нагружения, при этом по изменению по мере растяжения величины нагрузки и частоты колебаний определяют прочность закрепления стержня на отдельных участках по его длине.

0 e ().

1776808

E(w) ЮЖО

Ра й.Ю ) @vs. 4

Составитель С.Шаталов

Техред М.Моргентал Корректор О.Густй

Редактор Т.Полионова

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4106 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5