Результаты оценки качества установки анкерной крепи
Наведено результати статистичного аналізу даних випробування сталеполімерних анкерів в шахтних умовах. Statistical analysis has been described after pull tests of rock bolts in a coal mine roadways.
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33252 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Результаты оценки качества установки анкерной крепи / Е.Н. Халимендиков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 49-54. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859685797344575488 |
|---|---|
| author | Халимендиков, Е.Н. |
| author_facet | Халимендиков, Е.Н. |
| citation_txt | Результаты оценки качества установки анкерной крепи / Е.Н. Халимендиков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 49-54. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Наведено результати статистичного аналізу даних випробування сталеполімерних анкерів в шахтних умовах.
Statistical analysis has been described after pull tests of rock bolts in a coal mine roadways.
|
| first_indexed | 2025-11-30T22:24:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 49
УДК 622.287
Е.Н.Халимендиков, инженер
(ОАО «Угольная компания»
Шахта «Красноармейская-Западная №1»)
РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
УСТАНОВКИ АНКЕРНОЙ КРЕПИ
Наведено результати статистичного аналізу даних випробування сталеполімерних анке-
рів в шахтних умовах
RESULTS OF INVESTIGATION QUALITY OF
ROCK BOLTS INSTALLATION
Statistical analysis has been described after pull tests of rock bolts in a coal mine roadways
Анкерное крепление подготовительных выработок является перспективной
инновационной технологией, обеспечивающей их устойчивость в сложных ус-
ловиях современных угольных шахт [1]. Указанная технология получила широ-
кое распространение на шахтах Австралии, Польши, США и в настоящее время
масштабы ее применения расширяются на украинских угольных шахтах в усло-
виях рыночной экономики благодаря преимуществам анкерной технологии, ко-
торая дает возможность повысить уровень механизации крепления, снизить ме-
таллоемкость и стоимость, а также повысить устойчивость вмещающих выра-
ботки пород. На типичной высокопроизводительной угольной шахте ежемесяч-
но устанавливают от 5 до 15 тыс. анкеров.
Существует ряд факторов, которые могут существенно ухудшить качество
установки сталеполимерных анкеров и снизить их работоспособность. Проч-
ность закрепления анкеров зависит от величины зазора между стенками шпура
и стержнем анкера, качества и времени перемешивания полимерной смолы,
влияния остатков оболочки ампул, рельефа стенок шпура, влажности вмещаю-
щих пород, температуры и других факторов.
При некачественной установке и закреплении анкера в несколько раз сни-
жается его усилие и работа сопротивления горному давлению, что приводит к
недопустимо большим смещениям вмещающих пород и даже их обрушению в
полость выработки. Это снижает эффективность работы шахты в целом и по-
вышает опасность подземных работ. Таким образом возникает постоянная не-
обходимость испытания качества установки сталеполимерных анкеров. На се-
годня стандартом таких испытаний является вытягивание анкера с помощью
полого домкрата, который соединяется с головкой анкера [2]. При этом изме-
ряют усилие натяжения в домкрате и перемещение головки анкера относитель-
но породного обнажения. По результатам таких испытаний получают несколь-
ко важных параметров работы анкера: максимальное усилие натяжения, дос-
тигнутое при испытании, величину вытягивания головки анкера и его жест-
кость. Жесткость определяется как отношение прироста усилия натяжения к
приращению смещений головки анкера.
В связи с этим ежемесячно требуется испытывать весьма большие партии
установленных анкеров. Поэтому возникает задача определения необходимого
50 Выпуск № 83
и достаточного количества таких испытаний для того, чтобы получить вывод о
возможности или недопустимости приемки всей партии анкеров с заданной за-
ранее надежностью. Очевидно, что необходимое число анкеров, которые следу-
ет испытать, определяется в первую очередь естественным разбросом парамет-
ров, характеризующих качество установки и работоспособность анкеров. Это
обуславливает актуальность статистического анализа результатов массового
испытания сталеполимерных анкеров в шахтных условиях для оценки возмож-
ного диапазона вышеуказанных параметров.
Испытания проводились в условиях шахты Красноармейская-Западная №1.
Выбор указанной шахты обусловлен тем, что она отрабатывает запасы угля в
сложных горно-геологических условиях, которые характеризуются высокой
изменчивостью и разнообразием. Так вынимаемая мощность пласта изменяется
в диапазоне от 0,9 м до 2,2 м. Вмещающие породы относятся к среднеустойчи-
вым, но значительная площадь шахтного поля покрыто малоамплитудными на-
рушениями, которые характеризуются повышенной трещиноватостью и об-
водненностью. Из-за этого прочность пород снижается 1,5-2 раза. Глубина раз-
работки изменяется в диапазоне от 570 м до 820 м. В ближайшей перспективе
будут отрабатываться запасы на глубине свыше 900 м. В связи с этим шахта
была выбрана в качестве пилотного объекта для промышленной проверки воз-
можности применения инновационной анкерной технологии в условиях укра-
инских угольных шахт.
Серия массовых испытаний сталеполимерных анкеров выполнялась в тече-
ние двух лет в нескольких выработках: конвейерных штреках, примыкающих к
действующим лавам, монтажных ходках и уклонах. Большинство эксперимен-
тальных выработок имело арочную форму поперечного сечения. Площадь се-
чения в свету составляла от 15 м2 до 23 м2, а высота выработки колебалась в
пределах 3,2-4,5м. Это обусловило ряд специфических моментов, которые ус-
ложнили процесс испытаний. Одним из основных неудобств являлась наклон-
ная ориентация оси анкера к породному обнажению. При таком положении ан-
кера его испытания дают высокую погрешность, и разброс параметров несущей
способности анкерной крепи из-за отклонения головки анкера, что существенно
искажает результаты испытаний. Значительное влияние оказывает также боль-
шая высота выработки, замедляющая процесс испытаний.
Испытания проводились стандартным полым домкратом, а перемещение го-
ловки анкеров осуществлялось индикаторной головкой часового типа, установ-
ленной на раздвижную стойку. В данной работе анализируется испытания 23
сталеполимерных анкеров. Типичные зависимости вытягивания головки анкера
от усилия натяжения приведены на рис. 1. Величина вытягивания изменяется от
9 мм до 34 мм, то есть почти в четыре раза. При этом максимальное усилие на-
тяжения различается на отдельных анкерах в три раза. Стандартное усилие, ко-
торое обеспечивает эффективную работу анкера длиной 2,4 м и диаметром 20-
25мм составляет 150-210 кН. При таком усилии несущая способность анкера
рассматривается как достаточная, поскольку она составляет около 70% от пре-
дельного усилия, при котором нарушается прочность металлического стержня
"Геотехническая механика" 51
анкера.
Рис. 1 – Характерные зависимости между усилием натяжения и
перемещением головки анкера
Оказалось, что только на половине анкеров удалось создать усилие, которое
было больше или равно стандартному уровню натяжения. Несколько анкеров
выдержали усилие, которое в 2-3 раза превышало стандартное. Такой эффект
объясняется в первую очередь перекосом головки анкера и искажением показа-
ний домкрата натяжения в результате заклинивания штока.
Низкий уровень усилий натяжения вызван расслоением пород кровли и их
повышенной податливостью, в результате чего даже после переустановки дом-
крата в новое положение ход его штока был исчерпан до достижения стандарт-
ного натяжения. Некоторые анкеры были установлены некачественно, что при-
вело к нарушению сцепления стержня анкера со стенками шпура (например,
анкер № 2 из третьего ряда или анкер № 4 из 28 ряда). Так, на анкере № 3 ряда
26 усилие составило не более 75 кН, а смещение его из шпура достигло 35мм, в
результате чего испытание пришлось прекратить. Лишь на немногих анкерах
установлен стандартный характер сопротивления, когда по достижению опре-
деленного сжатия породного обнажения перемещение головки практически
прекратилось, при этом усилие натяжения устойчиво нарастало (анкер № 5 из
26 ряда).
Основными причинами низкого уровня усилия натяжения являлось расслое-
ние пород кровли и негативное влияние неровностей, которые разрушались и
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
0,0
0
1,5
0
3,0
0
4,5
0
6,0
0
7,5
0
9,0
0
10
,50
12
,00
13
,50
15
,00
16
,50
18
,00
19
,50
21
,00
С
б р
о с
д о
0,
0
Усилие выдёргивания, т
П
е
р
е
м
е
щ
е
н
и
е
ш
то
к
а
д
о
м
к
р
а
та
, м
м
Ряд 6, анк 2, гр 29
Ряд 21, анк 4, гр 30
Ряд 25, анк 1, гр 31
Ряд 26, анк 3, гр 32
Ряд 26, анк 5, гр 33
Ряд 25, анк 3, гр 34
Ряд 3, анк 4, гр 35
Ряд 4, анк 2, гр 36
Ряд 3, анк 2, гр 37
Ряд 28, анк 4, гр 38
Ряд 28, анк 4, гр 39
Ряд 9, анк 3, гр 40
30 60 90 120 150 180
кН
52 Выпуск № 83
увеличивали податливость породного обнажения.
Наклон зависимости "усилие - перемещение" на рис. 1 характеризует жест-
кость анкера. При этом величина наклона кривых испытаний изменяется прак-
тически на порядок. Чем жестче анкер, тем эффективнее он сопротивляется
горному давлению, в результате чего минимизируются смещения пород в вы-
работку.
Проведена обработка более 330 определений жесткости анкеров. Установ-
лено, что средняя величина жесткости составила 0,246 кН/мм. Минимальная и
максимальная величина жесткости равны 0,020 и 3,3 кН/мм при стандартном
отклонении ±0,365кН/мм. В целом максимальная величина жесткости в 165 раз
больше минимальной.
Анализируя графический материал, приведенный на рис. 1, можно заклю-
чить, что связь между исследуемыми показателями носит нелинейный харак-
тер. При этом выделяются три характерных вида кривых: мягкое отклонение,
жесткое отклонение и S-образная форма связи (рис. 2)
Рис. 2 – Обобщенный характер связи P-U
В общем случае нелинейный характер связи P-U можно выразить следую-
щей зависимостью
E
Pa
U
m
0= , (1)
где a0, m и E – эмпирические коэффициенты; P – прикладываемое усилие к
анкеру.
По опытным данным найдены аналитические выражения для указанных
форм связи показателей. Для мягкого отклонения связи установлена степенная
P, кН
U, мм
мягкое отклонение
S-образная форма
жесткое отклонение
"Геотехническая механика" 53
зависимость следующего вида
EPU m= , (2)
где 1≤m≤2; 10≤E≤180 – в зависимости от типа пород
Для жесткого отклонения связи более приемлемой является гиперболиче-
ская функция вида:
P
P
SAUU hrm
0= (3)
S-образная форма связи удовлетворительно может быть описана экспонен-
циальной зависимостью вида:
]1[
2
0
)(
0
P
P
eUU
−
−= , (4)
где Um, P0 – эмпирические параметры.
Поскольку аналитические выражения подобраны по единичным испытаниям
анкеров, то входящие в них коэффициенты следует определить по результатам
массовых испытаний.
Гистограмма экспериментальных величин жесткости, приведенная на рис. 3
Рис. 3 – Распределение жесткости анкеров
0,
00
00
0,
21
11
0,
42
22
0,
63
33
0,
84
44
1,
05
56
1,
26
67
1,
47
78
1,
68
89
1,
90
00
2,
11
11
2,
32
22
2,
53
33
2,
74
44
2,
95
56
3,
16
67
3,
37
78
3,
58
89
3,
80
00
Верхний предел, кН/мм
0
10
20
30
40
50
60
70
80
О
т
н
о
с
и
т
е
л
ь
н
а
я
ч
а
с
т
о
т
а
, %
54 Выпуск № 83
Для описания эмперического распределения жесткости анкеров принято
уравнение вида:
)/exp( xbay ×= (5)
где a, b – параметры масштаба и формы кривой соответственно; x – величина
жесткости; y – относительная частота.
При b>0 кривая имеет горизонтальную асимптоту y=a и вертикальную при
x=0, что соответствует характеру поведения эмперических данных в области
больших и малых значений жесткости анкеров.
Параметр a при фиксированном значении b является придельным значением
для жесткости анкеров и регулирует расположение этой кривой по высоте в за-
висимости от абсолютного значения a. Параметр b при фиксированном значе-
нии a описывает крутизну кривой, отражая характер стремления ее к асимпто-
тическому значению.
Оценка параметров уравнения (4) производится путем линеаризации ln y =
ln a + b/x, с последующим применением метода наименьших квадратов. В ко-
нечном итоге имеем:
2
2
1
)(xS
xyS
b
−
−= ; )exp( xbya −=
где
∑
=
=
n
i i
i
x
y
n
S
1
1
ln1 ; ∑
=
=
n
i xn
S
1
22
11
Аппроксимация эмперических распределений выполненная с помощью
уравнения (4) показывает удовлетворительную сходимость. По эмперическим
данным вычеслены значения a=0,86, b=0,88.
Усилия натяжений и величины смещений головок анкеров характеризуются
трех - четырехкратной вариацией соответственно. Все это свидетельствует о
необходимости совершенствования методики испытаний анкеров стандартным
способом. При высокой трудоемкости испытаний следует сделать вывод о не-
обходимости разработки альтернативных способов испытаний, которые позво-
лили бы получать более достоверные результаты и обеспечить требуемую на-
дежность испытаний с минимальными затратами времени на проведение испы-
таний.
Дальнейшими исследованиями предусматривается обоснование и разработ-
ка нового способа испытания несущей способности сталеполимерной анкерной
крепи для повышения надежности результатов испытаний.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат А.Ф., Виноградов В.В. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт. - Днепро-
петровск: ИГТМ НАНУ, 2002.-372с.
2. Анкерная крепь: Справочник/А.П. Широков и др.-М.: Недра, 1990.-295с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33252 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T22:24:30Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Халимендиков, Е.Н. 2012-05-27T12:18:31Z 2012-05-27T12:18:31Z 2009 Результаты оценки качества установки анкерной крепи / Е.Н. Халимендиков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 49-54. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33252 622.287 Наведено результати статистичного аналізу даних випробування сталеполімерних анкерів в шахтних умовах. Statistical analysis has been described after pull tests of rock bolts in a coal mine roadways. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Результаты оценки качества установки анкерной крепи Results of investigation quality of rock bolts installation Article published earlier |
| spellingShingle | Результаты оценки качества установки анкерной крепи Халимендиков, Е.Н. |
| title | Результаты оценки качества установки анкерной крепи |
| title_alt | Results of investigation quality of rock bolts installation |
| title_full | Результаты оценки качества установки анкерной крепи |
| title_fullStr | Результаты оценки качества установки анкерной крепи |
| title_full_unstemmed | Результаты оценки качества установки анкерной крепи |
| title_short | Результаты оценки качества установки анкерной крепи |
| title_sort | результаты оценки качества установки анкерной крепи |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33252 |
| work_keys_str_mv | AT halimendikoven rezulʹtatyocenkikačestvaustanovkiankernoikrepi AT halimendikoven resultsofinvestigationqualityofrockboltsinstallation |