Стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к устройствам для лабораторных исследований процесса упрочнения углепорЬдных массивов анкерами.

Известен стенд для моделирования сдвижения горных пород, имеющий подвижную и неподвижную рамы и загрузочный ящик с опускным днищем, в котором подвижная рама снабжена измерительным устройством, а загрузочный ящик, установленный на ней, выполнен с подвижными в вертикальной плоскости передней и задней стенками. .

Известен также стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород скрепляющим составом.

включающий модель трещиноватого горного массива в виде двух плоских элементов из эквивалентного материала с зазором между ними, станину, захваты для плоских элементов, .механизм нагружения и узел регистрации деформаций и нагрузки, в котором механизм нагружения выполнен в виде шарнирного четырехзвенника, состоящего из стойки, жестко соединенной со станиной, коромысла, параллельного стойке, двух параллельных балансиров,связанных с захватами для плоских элементов модели, один из балансиров снабжен винтовыми стержнями с подвижными грузами, консольно выступающим во внешние противоположные .стороны четырехзвенника, и соединен с захватом жестко, а другой балансир соединен с захватом с возможностью смещения и жесткой фиксации на нем захвата.

Недостаток известных стендов-низкая достоверность моделирования, так как учет потерь в многошарнирных системах, влияющих на оценку нагружения модели горных пород, зависит от многих труднооцениваемых факторов, таких как точность изготовления отдельных элементов, качества сборки, изменяющееся во времени состояние поверхностей трущихся пар, тип и время использования смазывающих материалов, степень смазывания трущихся поверхностей и т.п. Кроме того, с помощью известных стендов невозможно моделирование горного давления при упрочнении модел.и горных пород анкером из-за отсутствия дополнительных систем для его нагружения.

.Целью изобретения является повыщение. достоверности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в стенде для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером, включающим модель упрочненного горного массива из эквивалентных материалов и механизм нагружения, модель упрочненного горного массива выполнена в виде вертикальных состыковочных трубчатых секций, заполненных эквивалентным материалом и упрочненных анкером. При этом верхняя секция выполнена подвижной с возможностью смещения относительно нижней неподвижной секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера, причем механизм выполнен в виде двух гидроцилиндров, один из которых установлен соосно с анкером с возможностью передачи на него осевого усилия, а ось другого расположена в плоскости стыка подвижной и неподвижной секций, при этом корпус гидроцилиндра соединен с неподвижной секцией, а его шток - с подвижной. Каждый гидроцилиндр механизма нагружения может быть соединен посредством напорной линии с автономным регулируемым насосом, снабженным блоком стабилизации нагружения, выполненным в виде грузоручажной системы с дополнительным гидроцилиндром, поршневая полость которого соединена с. напорной линией автономного насоса, причем рычаг грузорычэжной системы с одной стороны соединен с неподвижной опорой, а с другой - с подвижным грузом и штоком дополнительного гидроцилиндра, при этом в длоскости качания рычага с двух его сторон установлены конечные выключатели для

включения и выключения автономного регулируемого насоса.

На фиг.1 изображена принципиальная схема стенда для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером: на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.З - схема нагружения и вид деформации анкера при моделировании горного давления.

Стенд состоит из модели 1 упрочняющего горного массива из эквивалентных материалов и механизма 2 чагружения. Модель 12 упрочненного горного массива из эквивалентных материалов выполнена

в виде вертикально состыкованных трубчатых секций 3-5, заполненных эквивалентным материалом 6 и упрочненных анкером 7. при этом верхняя секция 5 выполнена подвижной с возможностью смещения относительно нижней неподвижной секции 4 вдоль их стыка 8, который расположен под углом а к оси анкера 7. Для моделирования сдвига слоев массива горных пород подвижная секция 5 снабжена буртами 9, а неподвижная секЦия 4 - направляющими 10. Механизм 2 нагружения выполнен в виде двух 7 гидроцилиндров 11 и 12, один из которых 1 установлен соосно с анкером 7 с возможностью передачи на него осевого

усилия, а ось другого 12 расположена в плоскости стыка 8 секций 4 и 5. Корпус 23 гидроцилиндра 11 посредством станины 14 через сферический шарнир 15 соединен с секцией 4, а его шток 16 через тяги 17 сое| инен с секцией 3. Для контроля смещения конца анкера 7 станина 14 снабжена шкалой 18. Корпус 19 гидроцилиндра 12 через раму 20 соединен с секцией 4, а его шток 21 - с подвижной секцией 5. Для контроля величины смещения секций 5 рама 20 снабжена шкалой 22.

Гидроцилиндры 11 и 12 механизма 2 нагружения соединены посредством напорных линий 23 и 24 с автономными регулируемыми насосами 25. и 26, снабженными блоками 27 и 28 стабилизации нагружения. Автономные насосы 25 и 26 всасывающими линиями 29 и 30 соединены с баком 31 для рабочей жидкости. Напорные линии 23 и 24

автономных насосов 25 и 26 снабжены, напорными золотниками 32 и 33, гидрораспределителями 34 и 35 для управления гидроцилиндрами 11 и 12, гидрораспределителями 36 и 37 для ггереключения напорных линий на слив и манометрами 38 и 39. Каждый блок 27 и 28 стабилизации нагружения выполнен в виде грузорычажной. системы 40 с дополнительным гидроцилиндром 41, поршневая полость 42 которого скоммуjnposaHa посредством линии 43(44) с напорной линией 23(24). Рычаг 45 грузорычажной системы 40 с одной стороны соединен с неподвижной опорой 46, а с другой - с подвижным грузом 47 и штоком 48, дополнительного гидроцилиндра 41. В плоскости качания рычага 45 с двух его сторон установлены конечные выключатели нижний 49 для включения и верхний 50 для выключения соответствующего автономного регулируемого насоса. Рычаг 45 снабжен шкалой 51, проградуированной таким образом, чтобы положение груза 47 показывало усилие на штоке соответствующего гидроцилиндра., i Анкер 7 размещен в шпуре 52, пробуренном в эквивалентном материале 6 и закреплен в нем. например, с помощью твердеющего состава 53. Стенд работает следующим образом. Путем изменения положения грузов 47 на рычагах 45устанавливают режимы моделирования осевого усилия на анкер 7 и усилия сдвига горных пород. Положениетруза 47 определяется длиной плеча L рычага 45, значение которой определяется из следующих условий. При работе гидроцилиндра 11(12) штоковой полостью давление в ней всегда одно .и то же с давлением в поршневой скоммутированного с ней дополнительного гидроцилиндра 41 F Р , лг/4(а5-а) я/4-d ИЛИ Р F . dS - dl где Р - усилие на штоке дополнительного гидроцилиндра 41; F - усилие на штоке гидроцилиндра 11(12); d - диаметр дополнитель 1ого гидроцилиндра 41; d4-диаметр гидроцилиндра 11(12); dm - диаметр шока гидроцилиндра 11(12). Из условия равновесия рычага 45 Р-1 0-1или1 Р где Q - масса груза 57; 1 - длина плеча рычага 45 от его опоры 46 до места ко(нтакта со штоком 48 дополнительного гидроцилиндра 41; L - длина плеча рычага 45 от его опоры 46 до центра тяжести груза 47. , После подстановки значения Р из (1) в (2) получают формулу для определения положения груза 47 Q (d5 - db) При работе гидроцилиндра 11(12) поршневой полостью получают формулу для определения положения груза 47 L После установки режимов моделирования включают автономные насосы 25 и 26, с помощью регулировки их подач устанавливают скоростные режимы осевого нагружения анкера 7 и моделирования сдвига горных пород. При работе насосов 25 и 26 рабочая жидкость из бака 31 по всасывающим линиям 29 и Зр поступает в насосы и из них под давлением подается в напорные линии 23 и 24, через которые она поступает в гидроцилиндры 11, 12 и дополнительные гидроцилиндры 41. Под воздействием рабочей жидкости, поступающей под давлением в гидроцилиндры 11 и 12, осуществляется моделирование горного давления при упрочнении модели горных пород анкером. Рабочая жидкость, поступающая в поршневую полость гидроцилиндра 12, посредством его,поршня и штока смещает подвижную секцию 5 относительно секции 4, при этом моделируется сдвиг горных пород, анкер 7 испытывает на себе поперечные нагрузки. Рабочая жидкость, поступающая в штоковую полость гидроцилиндра 11, посредством его поршня и штока через тяги 17 и секцию 3 моделирует осевое нагружение анкера 7. По мере подачи автономными регулируемыми насосами 25 и26 рабочей жидкости в напорные линии 23 и 24 давление в них возрастает. При достижении в каком-либо гидроцилиндре заданного усилия давление рабочей жидкости в соответствующих напорной лиНИИ и скоммутированной с ней .поршневой полости 42. дополнительного гидроцилиндра 41 повысится до такого значения, при котором усилие на штоке 48 дополнительного гидроцилиндра 41 преодолеет создаваемый грузом 47 момент на рычаге 45 и начнет его поднимать до тех пор, пока он войдет в контакт с конечным выключателем 50 и тем самым не выключит соответствующий насос. После остановки насоса рычаг 45 будет

находится в равновесии, так как момент на рычаге 45, создаваемый грузом 47 будет уравновешиваться реакцией штока 48 на рычаг 45, при этом давление рабочей жидкости в соответствующей напорной линии будет поддерживаться постог нным с помощью дополнительного гидроцилиндра 41, на шток 48 которого через рычаг 45 передается постоянное усилие от груза 47. Давления в напорных линиях 23 и 24 регистрируются с помощью манрметров 38 и 39, а осевое смещение конца анкера 7 и сдвиг подвижной секции 5 относительно секции 4 - с помощью шкал 18 и 22. Если под воздействием гидроцилиндров 11 и 12 произойдет сдвиг подвижной секции 5 или смещение конца анкера 7, то,в соответствующем гидроцилиндре произойдет смещение его штока, что вызовет падение давления рабочей жидкости в соответствующих напорной лиНИИ и скоммутированной с ней поршневой полорти 42 дополнительного гидроцилиндра 41. При падении давления в поршневой полости 42 дополнительного гидроцилиндра 4-1 усилие на штоке 48 также падает, а рычаг 45 выходит из равновесия, при этом он под действием груза 47 опускается, входит в контакт с конечным выключателем 49 и тем самым включает соответствующий насос, который остается включенным до тех пор, пока усилие на штоке соответствующего гидроцилиндра не достигнет установленного режима нагрузки.

Моделирование разных схем нагружения анкера 7 достигается .путем одновреманного или последовательного включения, автономных насосов 25 и 26, а также путем установки секций 4 и 5, состыкованных под различными углами а

Для моделирования резкого сброса одной из нагрузок на анкер 7 используют гидрораспределители 36 и 37, при переключении которых напорные линии 23 и 24 коммутируются с баком 31.

,;

Формула изобретения ;

1.Стенд АЛЯ моделирования горного давления при упрочнении модели.горных пород анкером, включающий модель упрочненного горного массива, эквивалентный материал и механизм нагружения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения

достоверности моделирования, модель упрочненного горного массива снабжена вертикальными состыкованными трубчатыми верхней подвижной и нижней неподвижной секциями, которые укреплены анкером и установлены по контуру эквивалентного материала, при этом верхняя секция выполнена с возможностью смещения относительно нижней секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера, причем механизм нагружения выполнен в виде двух гидроцилиндров, один из которых установлен соосно с анкером с возможностью передачи на н.его осевого усилия, а ось другого расположена в плоскости стыка подвижной и неподвижной секций, при этом корпус гидроцилиндра соединен с неподвижной , а его шток - с подвижной секцией.

2.Стенд по П.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что каждый гидроцилиндр механизма нагружения соединен посредством напорной линии с автономным регулируемым насосом. снабженным блоком стабилизации нагружения, выполненным в виде грузорычажной системы с дополнительным гидроцилиндром, поршневая полость которого соединена с напорной линией автономного насоса, причем рычаг грузорычажной системы выполнен качающимся и с одной стороны соединен с неподвижной опорой, а с другой он соединен с подвижным грузом и штоком дополнительного гидроцилиндра, при этом в плоскости качания рычага с двух его сторон установлены конечные выключатели для включения-и выключения автономного регулируемого насоса. 33 72 19 21 20

Фиг.1 22

Изобретение относится к устройствам для лабораторных исследований Мроцесса упрочнения углеродных массивов анкерами. Цель изобретения - повышение досто-'верности моделирования. Стенд для моделирования горного давления при упрочнении модели горных пород анкером содержит модель упрочненного горного массива, эквивалентный материал и механизм нагружения. Модель упрочненного горного массива снабжена вертикальными состыковочными трубчатыми верхней подвижной, нижней неподвижной секциями, которые укреплены анкером и установлены по контуру эквивалентного материала. П|эи этом верхняя секция выполнена с возможностью смещения относительно нижней секции вдоль их стыка, который расположен под углом к оси анкера. Механизм нагружения выполнен в виде двух гидроцилиндров, корпус его соединен с неподвижной секцией, а его шток с подвижной секцией. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.СОс