Способ контроля прочности закрепления анкера в шпуре Советский патент 1992 года по МПК E21D20/00 

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 принимают двойной вес заанкерованных пород в ряду, приходящийся на один анкер.

Этот способ позволяет контролировать работоспособность анкеров однозамкового типа, эксплуатационная надежность которых определеяется величиной выдергивающей нагрузки, соответствующей максимальной прочности закрепления замков в шпуре или разрывной прочности стер- «жня анкера.

Однако этот способ обладает низкой достоверностью определения эксплуатационной надежности анкеров, закрепленных по всей длине шпура или многозамковых анкеров.

Известен способ контроля закрепления анкерной крепи, в котором воздействуют преобразователем колебаний на выступающий конец анкера, возбуждают в арматурном стержне продольные колебания, которые воспринимают индикатором резонанса. По измеренной частоте собственных продольных колебаний стержня анкера оп- ределяют 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 в шпуре судят по тому оценочному параметру, который ие 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

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 за счет окисления материала стержня. А чув0 ствительность коэффициента защемления анкера к изменению величины сцепления с затвердевшим раствором падает с удалением от контура выработки.

Поэтому возможны случаи, когда при

5 отсутствии сцепления стержня с затвердевшим составом в наиболее ответственных за работоспособность участках анкера, по прочности сцепления стержня анкера в при- контурной части выработки коэффициентом

0 защемления анкера будет фиксироваться нормальное сцепление анкера по всей длине. Это снижает достоверность определения эксплуатационной надежности установленного анкера.

5 Эксплуатационная надежность анкеров, установленных в шпуре, характеризуется величиной сдвиговой прочности закрепления стержня анкера в интервалах, характеризуемых минимальной прочностью

0 зацепления. Для достоверной оценки работоспособности анкера нужны сведения о распределении по длине анкерз величины прочности закрепления и положение интервалов минимальной прочности закрепле5 ния. Потеря эксплуатационной надежности анкера, закрепленного в шпуре, происходит путем потери сил адгезии затвердевшего раствора. Нагрузка, приложенная к выступающему в выработку концу анкера, восп0 ринимается не по всей длине закрепления стержня, а лишь в ограниченном интервале, прилегающем к зоне концентрации сдвиговой нагрузки в затвердевшем растворе. Потеря сил адгезии в зоне концентрации

5 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

0 стержня. Исходя из изложенных представлений о характере изменения прочности закрепления стержня под действием нагрузки, приложенной к выступающему в выработку концу стержня, регистрация мак5 симальной выдергивающей нагрузки характеризует прочность закрепления не всего анкера, а лишь некоторого его интервала, имеющего максимальную величину сил адгезии. Учитывая отсутствие контроля полно- ты заполнения шпура раствором и его

качества, оценка эксплуатационной надежности анкера, установленного в шпуре указанным 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, из-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 на 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

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 (пози0 ции 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

5 помощи электромагнита 8. Регистрируют величину приложенной нагрузки при помощи манометра 7 и частоту основного тока собственных поперечных колебаний анкера

1с помощью индикатора резонанса 10 и 0 генератора переменной частоты 9

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

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

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

2м, установленного в шпуре 11 диаметром 42 мм, заполненного бетонным раствором

5 12 с цементом марки М-400 при помощи захвата 3 прикрепляют нагрузочнор устройство типа ППМ-3 таким образом, чтобы корпус 2 устройства был надежно прижат к выравненной поверхности контура горной

0 выработки 13. Рабочую жидкость (на чертеже не показана) из масляного насоса 5 через клапан б подают в гидродомкрат 4, передвигающийся поршень которого воздействует растягивающей нагрузкой 1-10 Н на анкер

5 1 в режиме жесткого нагружения. В процессе увеличения нагрузки от 1-104 до 6-iO4 H, фиксируемой манометром 7, поинтервально с шагом через 1-104Н возбуждают поперечные колебания в выступающем конце анке0 ра 1 при помощи электромагнита 8.

При возбуждении колебаний в анкере 1 производят измерение частоты основного тона поперечных колебаний незащемленной части стержня анкерэ. Измерение час5 тоты 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 генератора переменной частоты 9. При подходе нагрузки к пределу прочности сцепления стержня анкера учащают шаг измерения частоты для регистрации пиковых значений частоты и нагрузки, соответствующих интервальным значениям прочности и длины незащемленной части анкера (точки а, Ь, с, сГ на фиг. 2} и сбрасываемым значениям нагрузки и частоты при разрушении испытываемого интервала стержня анкера (точки Ь. с, d на фиг. 2). По измеренным значениям частоты и нагрузки строят диаграмму нагружения анкера Р f(Q) (см. фиг. 2), характеризующую- процесс разрушения закрепления анкера при воздействии растягивающей нагрузки на выступающий в выработку конец анкера. По значениям величины нагрузки и частоты в точках а, Ь, с, (Г диаграммы нагружения с помощью тарировочной зависимости I f(P, Q) (см. фиг. 4) определяют длину незащемленной части анкера.

На диаграмме нагружения (см. фиг. 2) значения величины нагрузки в точке a Qa 6«104 Н. а частоты Ра 6200 Гц. Точка с абсциссой Qa 6-104 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. Аналогично, определив значения длины незащемленной части стержня анкера для то

5

0

5

0

0

чек Ь, с, d, наносим пиковые значения нагрузок диаграммы нагружения Р f(Q)(cM. фиг. 2) на график поинтервальной прочности закрепления стержня анкера, представленный на фиг. 3. Величина прочности закрепления Q 4,2-10 Н стержня анкера 1 в 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, отличающийся 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.

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-на- грузка, частота определяют прочность закрепления АС 1 на отдельных участках по его длине. 4 ил. 00

Р- &($%.)

fi 4 - ш.2

аю4(«1

0.5

10

t/$.3

.4

Редактор Т.Полионова

Составитель С.Шаталов Техред М.Моргентал

f().

$.0

QQX

а-Ю(н).

Корректор О./усти