CC BY
113
УДК 622.016 Е.А. Вознесенский
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ АНКЕРНОГО КРЕПЛЕНИЯ КРОВЛИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И ОБЪЕКТОВ ПОДЗЕМНОГО ГОРОДСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Рассмотрены результаты исследований акустического способа и аппаратуры контроля анкерной крепи и их испытаний в монтажных камерах Серебряноборского тоннеля в г. Москве. Статья аннотация победителя Всероссийской студенческой олимпиады -конкурса выпускных квалификационных работ.
Ключевые слова: акустический контроль, анкер, крепь, тоннель.
Семинар № 3
ш Жроблсма контроля анкерной
.Ц. крепи остро стоит уже давно, можно сказать, с того времени, когда это крепление начало применяться в горном деле. Анкерная крепь в больших объемах используется для крепления массива пород вокруг выработок на горных предприятиях, а также на других объектах, возводимых в грунтах и массивах горных пород. За долгие годы существования проблемы контроля крепи было предложено немало способов ее решения. В настоящее время наиболее часто применяются разрушающие методы контроля, основанные на измерении усилия при силовом выдергивании анкера из массива пород. Такой способ обладает рядом недостатков, в частности ослаблением участка пород, откуда выдергиваются анкера, повышенной опасностью таких испытаний.
Такая же задача возникает и при подземном городском строительстве, например, на объектах «стена в грунте». В этих грунтах применяются грунтовые анкера, которые одним из концов закреплены в массиве, а другим удерживают стену. В данной работе указанная задача рассматривается на примере контроля
технического состояния грунтовых анкеров монтажных камер Серебряноборского тоннельного комплекса. Проходка тоннелей осуществляется с помощью тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) диаметром 14,2 м и предусматривает сооружение двух камер, в первой (монтажной) проходка начинается, а во второй (демонтажной) - заканчивается.
Данная работа посвящена разработке технологии неразрушающего контроля анкерного крепления методом спектрального анализа отклика анкера на ударное воздействие. В работе решаются следующие задачи: обзор существующих методов контроля анкерного крепления; установление закономерностей на лабораторных, натурных и компьютерной моделях; создание макета аппаратуры контроля; проведение испытаний разработанной методики и аппаратуры контроля на реальном объекте -в монтажной камере Серебряноборского тоннельного комплекса.
Для проведения экспериментальных исследований использовались серийно выпускаемый прибор ИДС-1 (двухканальная сейсмостанция), а также специ-
Рис. 1. Диаграмма распределения экспериментальных точек на плоскости информативных параметров - среднеквадратических амплитуд во второй и третьей полосах частот для 7 анкеров; показания третьего анкера отличны от показаний других анкеров
ально разработанный в ходе проведения работ компактный прибор для регистрации акустических сигналов, регистрируемых на анкерах при их ударном возбуждении.
При обработке акустических сигналов в качестве информативных параметров были выбраны среднеквадратические значения амплитуд, рассчитанных в нескольких полосах частот. В данном случае полосы были выбраны между следующими значениями частот: 20100-200-400-700-1000-1500-2000 Гц.
Среднеквадратическое значение амплитуды в у-той полосе частот вычисляется по формуле
1
пу -
і а
1 7=1
где и - среднеквадратическое значение в у-той полосе частот; пу - количество спектральных составляющих в у-той полосе частот; Sij - значение 7-той гармоники в у-той полосе частот. Поскольку таких полос всего 7, количество
информативных параметров для каждого сигнала также равно 7.
В ходе натурных физических, а также компьютерных экспериментов было установлено, что при увеличении контакта крепи с массивом пород спектральный максимум смещается в сторону более высоких частот.
Выведено уравнение
множественной линейной
регрессии, позволяющее по результатам измерения определить длину контакта анкера с массивом Н Н = 1,083 -1,948 • Д -
-1,806 • А - 0,166 • Аз +
+ 17,721-А4 - 7,790 • А + 9 +0,820 - А6 + 2,420 - А где Ау - среднее значение амплитуды в у-
той полосе частот при коэффициенте множественной корреляции Я = 0,96.
В качестве места испытаний разработанного прибора и методики оценки состояния анкеров были выбраны монтажные камеры Серебряноборских тоннелей, стенки которых закреплены анкерной крепью. В процессе испытаний на выступающих частях анкеров закрепляются пьезопреобразователи прибора. По торцам анкеров в процессе измерения производятся тестовые удары молотком массой 1,5 кг.
На рис. 1 в виде диаграммы представлены результаты измерений параметров спектров сигналов, регистрируемых на анкерах. Как следует из
этой диаграммы, из семи анкеров третий в значительной степени выделяется среди других. Это обусловлено воздействием распорки (расстрела), установленной
2
Rc(D)
^ 0 0.079 0.765 0.122 0.136 0.184 0.185
0.079 0 0.796 0.166 0.187 0.228 0.225
0.765 0.796 0 0.784 0.745 0.74 0.697
0.122 0.166 0.784 0 0.062 0.123 0.154
0.136 0.187 0.745 0.062 0 0.082 0.103
0.184 0.228 0.74 0.123 0.082 0 0.062
i,0.185 0.225 0.697 0.154 0.103 0.062 0
Rjk =
M •
I {в.., - B,k)
2=1
Рис. 2. Матрица, элементы которой характеризуют расстояния между центрами кластеров параметров сигналов; номера строк и столбцов соответствуют номерам анкеров
рядом с этим анкером и снимающем часть нагрузки.
Разработана методика количественной оценки отличия анкера путем определения расстояний в пространстве информативных параметров.
После расчета для каждого анкера средних значений амплитуд спектральных составляющих сигналов в /-той полосе частот, характеризующих положение центров кластеров, можно определить расстояния между этими центрами
где М - количество анализируемых спектральных полос, Rj¡k - расстояния в пространстве параметров между у-тым и к-тым анкерами, В,■, Бі:к -амплитуды спектральных составляющих в /-той полосе частот для 7-того и ¿-того анкеров соответственно. В результате расчетов получена матрица, представленная на симметричная относительно главной диагонали. Ее строки и столбцы соответствуют номерам анкеров, а элементы характеризуют искомые расстояния.
Как следует из приведенных результатов, коэффициенты, находящиеся в 3 строке и 3 столбце, имеют значения, существенно превышающие величины других элементов этой матрицы, что свидетельствует об отличии третьего анкера от остальных.
рис.
1. Вознесенский Е.А. Моделирование волновых процессов в анкерной крепи // Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества. Т. 1. М.: ГЕОС, 2008, с. 273-277.
2. Вознесенский Е.А. Идентификация дефектных анкеров подземных выработок путем анализа акустического отклика // Сборник трудов XIX сессии Российского акустического общества. Т. 1. М.: ГЕОС, 2007, с. 365-369.
3. Захаров В.Н., Вознесенский Е.А. Диагностика штанговой крепи кровли выработок пу-
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
тем спектрального анализа акустического отклика // Сборник трудов XVIII сессии Российского акустического общества. Т. 1. М.: ГЕОС, 2006, с. 283-287.
4. Вознесенский Е.А. Контроль штанговой крепи импакт-методом // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 4, 2006, с. 111-115. ВШЭ
— Коротко об авторе -----------------------------------------------
Вознесенский Е.А. - аспирант, кафедра ФТКП, E-mail: [email protected] Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
