CC BY
236
УДК 622.284.74
А.П. Кострыкин, К.В. Шайдулин, Е.Н. Ушаков, П.Е. Мерзляков (научные сотрудники ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»)
Опыт проведения испытаний стеклопластиковых анкеров
типов ПАУЭРТРЕД и Э60
Описываются результаты стендовых и приемочных испытаний стеклопластиковых анкеров типов ПАУЭРТРЕД и Бвй.
Ключевые слова: СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫЙ АНКЕР, НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ, НАГРУЗКА, ИСПЫТАНИЯ
Применение анкерной крепи на шахтах Кузбасса позволило частично отказаться от металлоемкого рамного крепления, что значительно сократило затраты на проведение и поддержание горных выработок.
Внедрение анкерного крепления на шахтах Кузбасса можно разделить на следующие этапы:
первый этап - применение клинораспорных анкеров (ШК-1М, АК-8У и др.);
второй этап - применение сталеполимерных анкеров различных конструкций с закреплением стержня анкера в скважине при помощи химических смол (А-20В, АСП и др.);
третий этап - применение канатных анкеров различных конструкций. Данные анкеры применяются как анкеры глубокого заложения при усилении горных выработок в зонах повышенного горного давления;
четвертый этап - замена металлических стержней анкерной крепи на более легкие и удобные в применении стеклопластиковые стержни .
В настоящее время стеклопластиковые анкерные крепи не получили достаточно широкого распространения при креплении горных выработок на шахтах Кузбасса.
В ОАО «НЦ ВостНИИ» проводились испытания стеклопластиковых анкеров различных производителей. Ниже приведены результаты испытаний. Рассматриваемые анкерные крепи идентичны по конструкции.
Испытуемые анкерные крепи типов ПАУЭРТРЕД и Б60 широко применяются на зарубежных горных предприятиях.
Были проведены испытания материалов этих анкерных крепей на электростатическую ис-кробезопасность; на определение показателя токсичности продуктов горения; на определение группы горючести и на определение кислородного индекса. Результаты испытаний показали, что материалы стеклопластиковых анкерных крепей типов ПАУЭРТРЕД и Б60 соответствуют требова-
ниям [1] и [2] и могут применяться в условиях рудников и угольных шахт, в том числе опасных по газу и пыли.
1 Стеклопластиковые анкеры типа ПАУЭРТРЕД
Конструктивно стеклопластиковый анкер ПАУЭРТРЕД (рисунок 1) состоит из стеклопластикового стрежня анкера с резьбой по всей длине стержня, опорной шайбы с коническим отверстием под гайку и конической гайки. Конструкция шайбы и гайки при увеличении нагрузки на анкерную крепь обеспечивает увеличение зажима гайки на стержне анкера.
Рисунок 1 - Анкерная крепь ПАУЭРТРЕД
Были проведены стендовые испытания стеклопластиковой анкерной крепь ПАУЭРТРЕД на заводе-изготовителе, результаты которых приведены на рисунках 2-4.
TEST RESULT
No. da db Fm Rm Lo Lu Rp Ep E
mm mm kN Mpa mm mm Mpa % Mpa
1 98.2 0 0 0. 2 0
1 1 1 1 1 1 і і і і і і i \
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 і і і l
" ” Г ~ 7 ~ 1 7 i 7 - - T - г -| Г" P 1 -- 1 7 " ■ “'
і і і і і I і і і і і і I I I I Ji і і I I l 1 ї ї і і I
і і і I l 1 ill, I I l l
і 1 1 l 1 l 1 I 1 1 1 l 1 1
. _ L _ J _ I 1 _ _ _i L 1 _ J _ L J L ! 1 1
1 1 І 1 1 1 і I 1 1 1 1 і і і і і і і I і І і 1 1 1 1 1
' Г - 1 - Г 7 Г 7 “ . _ L _ J _ і 1 _i 1 T pn Г "I “ Г” 7 Г 7“ ' 1 1 L J 1 J | L
1 1 1 1 1 I 1 >•* 1 1 1 1 1 I 1
і і і і і i , і і і і і і і i
1 1 1 I 1 1 > r 1 1 1 1 1 1 1 1
f i- ■+ \ 1 1 1 » 1 e* 1 1 1 1 1 1 1 1
Г" " 7 " “ I 7““ “I Г" 1“ Г 1 Г" 7 "“1 7
1 1 1 1 “ | і і і і і і і і
^S—. 1 ■ . \ —1 і Iі— 1— 1
10 20 ЗО 40 50 60 70 80 ©О 100 110 120 130 140 150
ВРЕМЯ (С)
Рисунок 2 - Результаты испытаний стеклопластикового анкера ПАУЭРТРЕД типа К60-20
TEST RESULT
No. da db Fm Rm Lo Lu Rp Ep E
mm mm kN Mpa mm mm Mpa % Mpa
1 138. 4 0 0 0. 2 0
-- і і і і i 4- J 1 1 1 u - ІЇ - -
lilt T “Г Г I T — - r - -1 -1 -y'r 1 -
4- 1 1 1 IIIIIIIiIII Il__I IlIIIIII i .-rL--1 1 III І» і III
і і і і і i
+ 1 1 1 4. 1 1 1 4. | 1 1 1 1 1 1 1 1
1 L 1 1 1 1 1 1 t 1 1 1 I I _ I l 1 1
T 1 1 1 1 ,
1 _ _ L _ _l _l JeC 1 I 1 1 l l l l 1 _i l і 1 і i
+ 1 1 1-"'' 1 1 ,
20 40 60 80 ЮО 120 140 100 130 200
ВРЕМЯ (С)
Рисунок 3 - Результаты испытаний стеклопластикового анкера ПАУЭРТРЕД типа К60-25
Рисунок 4 - Результаты испытаний стеклопластикового анкера ПАУЭРТРЕД типа К60-27
Для подтверждения положительных результатов испытаний, полученных на заводе-изготовителе, были проведены стендовые испытания в соответствии с [3] на несущую способность стеклопластиковых анкеров ПАУЭРТРЕД типа К60-22, К60-25, К60-27 в испытательной лаборатории ОАО «НЦ ВостНИИ», результаты которых приведены в таблице 1.
Испытания стеклопластиковых анкеров ПАУЭРТРЕД типов К60-22, К60-25, К60-27 проводились на аттестованной универсальной гидравлической разрывной испытательной машине ГМС-100, настроенной на усилие разрыва от 0 до 100 000 кг.
Стеклопластиковые анкеры ПАУЭРТРЕД закреплялись с помощью гаек и шайб в специальных захватах испытательной машины ГМС-100. После этого на испытуемую анкерную крепь воздействовала статическая нагрузка, создаваемая испытательной машиной, до временного разрушения стержня анкерной крепи при растяжении или срезе резьбы в гайке с фиксацией временного сопротивления разрыву материала стержня.
Таблица 1 - Результаты стендовых испытаний стеклопластиковых анкеров ПАУЭРТРЕД
Номер образца Характеристика объекта испытаний Разрывная нагрузка, кН Результат
1 Стеклопластиковый анкер К60-22, диаметр стержня 22 мм 96 Сломало шайбу, закрепленную в захвате
2 138,4 Срыв резьбы с гайки и стержня
3 130 То же
4 132 - « -
5 151 - « -
6 130 - « -
7 151 - « -
8 Стеклопластиковый анкер К60-25, диаметр стержня 25 мм 151 - « -
9 Стеклопластиковый анкер К60-27, диаметр стержня 27 мм 201 - « -
На основании положительных результатов стендовых испытаний и положительного заключения экспертизы промышленной безопасности ОАО «НЦ ВостНИИ» Южно-Сибирским управлением Ростехнадзора выдано разрешение № 88-09 на проведение приемочных (эксплуатационных) испытаний опытной партии стеклопластиковых анкеров К60-22 в условиях шахты «Котинская» (ОАО «СУЭК-Кузбасс»).
Во время проведения испытаний в борт конвейерного штрека 5208 было установлено 100 штук стеклопластиковых анкеров К60-22 длиной 1600 мм, закрепленных в скважине при помощи одной ампулы ДАК-1 длиной 1200 мм.
Для проверки несущей способности [4] данные анкеры нагружались при помощи прибора ПКА-3. Результаты нагружения приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты нагружения стеклопластиковых анкеров К60-22
Номер образца Нагрузка, кН Смещение, мм
Анкер 1 121 Не наблюдалось
Анкер 2 118 То же
Анкер 3 115 - « -
Анкер 4 120 - « -
Анкер 5 115 - « -
2 Стеклопластиковые анкеры типа Б60.
Конструкция стеклопластикового анкера типа Б60 (рисунок 5) идентична конструкции стеклопластикового анкера ПАУЭРТРЕД. Стеклопластиковый анкер типа Б60 состоит из стеклопластикового стрежня анкера с резьбой по всей длине стержня, опорной шайбы с коническим отверстием под гайку и конической гайки. Конструкция шайбы и гайки при увеличении нагрузки на анкерную крепь обеспечивает увеличение зажима гайки на стержне анкера.
Рисунок 5 - Анкерная крепь типа Б60
В испытательной лаборатории ОАО «НЦ ВостНИИ» проводились стендовые испытания в соответствии с [3] на несущую способность стеклопластиковых анкеров типа Б60-20, результаты которых приведены в таблице 3.
Испытания стеклопластиковых анкеров типа Б60-20 проводились на аттестованной универсальной гидравлической разрывной испытательной машине ГРМ-1, настроенной на усилие разрыва от 0 до 50 000 кг.
Стеклопластиковые анкеры типа Б60 закреплялись с помощью гаек и шайб в специальных захватах испытательной машины ГРМ-1, после чего на испытуемую анкерную крепь воздействовала статическая нагрузка, создаваемая испытательной машиной, до временного разрушения стержня анкерной крепи при растяжении или срезе резьбы в гайке с фиксацией временного сопротивления разрыву материала стержня.
Таблица 3 - Результаты стендовых испытаний стеклопластиковых анкеров типа Б60
Номер образца Характеристика анкера Разрывная нагрузка, кН Результат
1 Крепь анкерная стеклопластиковая Б60-20 диаметр стержня 20 мм 134 Срез резьбы с гайки и анкера
2 121,5 Срез резьбы с гайки
3 125 Срез резьбы с гайки и анкера
На основании положительных результатов стендовых испытаний и положительного заключения экспертизы промышленной безопасности ОАО «НЦ ВостНИИ» Управлением по технологическому и экологическому надзору по Кемеровской области выдано разрешение №82-08 на проведение приемочных (эксплуатационных) испытаний анкерной стеклопластиковой крепи Б60 в условиях конвейерного штрека 67-03 пласта 67 шахты «Талдинская-Западная-1» (ОАО «СУЭК») и разрешение № 87-08 на проведение приемочных (эксплуатационных) испытаний анкерной стеклопластиковой крепи Б60 в условиях участков №7,19, 28 ОАО «Шахта «Распадская».
Результаты испытаний стеклопластиковой анкерной крепи типа Б60 на шахте «Талдинская-Западная-1» (ОАО «СУЭК») приведены ниже.
В борт конвейерного штрека 67-03 пласта 67 устанавливались анкеры Б60-20 длиной 1800 мм. Крепление анкера в шпуре производилось при помощи одной ампулы с полиэфирным составом АКЦ-Н производства ЗАО «КАРБО-ЦАКК»: длина ампулы 450 мм, диаметр 24 мм.
Для проверки несущей способности [4] анкеры № 1, 2 и 3 нагружались при помощи прибора ПКА-1. Нагрузка соответственно составила 45; 36 и 40 кН. В результате все анкеры остались в шпуре. У всех анкеров прибором ПКА-1 сорвало резьбовую часть анкера из-за недостаточной длины гайки крепления прибора ПКА-1.
За время испытаний на шахте установлено 90 комплектов анкерной крепи типа Б60.
Результаты испытаний стеклопластиковой анкерной крепи типа Б60 в ОАО «Шахта «Распадская» приведены ниже.
В борт конвейерного штрека устанавливались анкеры Б60-20 длиной 1800 мм. Крепление анкера в шпуре производилось при помощи одной ампулы с полиэфирным составом АП-М производства ООО «Минова», длина ампулы 470 мм.
Для проверки несущей способности [4] анкеры нагружались при помощи прибора ПКА-1.
Нагрузка анкера №1 составила 82 кН. Анкер остался в шпуре, но произошло разрушение стержня анкера вследствие высокого крутящего момента, создаваемого прибором ПКА-1.
Нагрузка анкера №2 составила 73 кН. Анкер остался в шпуре, но прибором ПКА-1 сорвало резьбовую часть анкера.
За время испытаний на шахте установлено 15 комплектов анкерной крепи типа Б60-20.
Как видно из проведенных испытаний, стеклопластиковые анкеры типов ПАУЭРТРЕД и Б60 имеют постоянные характеристики и обеспечивают надежное крепление горных выработок. А соответствие материала крепи требованиям пожаровзрывобезопасности, изложенным в нормативных документах, позволяет широко применять их в условиях рудников и угольных шахт, в том числе опасных по газу и пыли.
Основными достоинствами стеклопластиковых анкеров являются:
- достаточная несущая способность;
- небольшая масса;
- неподверженность материала коррозии;
- отсутствие повреждений со стороны режущего инструмента очистных комбайнов при его взаимодействии со стеклопластиковыми анкерами.
Стеклопластиковые анкеры имеют ряд преимуществ и по своим характеристикам не уступают широко применяемым на шахтах Кузбасса сталеполимерным анкерам типа А-20В и др.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожароопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
2 ОСТ 12.24.294-86. ССБТ. Оборудование горно-шахтное. Изделия неметаллические. Электростатическая искробезопасность. Общие технические требования и методы испытаний.
3 Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России. -СПб.: ВНИМИ, 2000. - 70 с.
4 ГОСТ Р 52042-2003. Крепи анкерные. Общие технические условия.
EXPERIENCE OF GLASS-FIBRE PLASTIC ANCHORS OF POWERTHREAD AND S60
A.P. Kostrykin, K.V. Shaidulin, Ye.N. Ushakov, P.Ye.Merzliakov
Results of bench tests and acceptance tests of glass-fibre plastic anchors of POWERTHREAD and S60 type are described.
Key words: GLASS-FIBRE PLASTIC ANCHOR, CARRYING CAPASITY, LOAD, TESTS
Кострыкин Антон Павлович Tел. 89134389660
Шайдулин Константин Владимирович
Тел. 89234992255
Ушаков Егор Николаевич
Tел. 89133016874
Мерзляков Павел Евгеньевич
Tел. 89133016870
