CC BY
41
УДК 622.001.5.061.53.082.3
Н.Т.Бедарев, О.В.Любимов, Г.А.Ситников, Н.Б.Ковалев
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ АНКЕРНЫХ КРЕПЕЙ
Анкерная крепь, в отличие от поддерживающих крепей, сразу после установки, осуществляет связывание и упрочнение массива вокруг выработок и активно противодействует развитию смещений и трещин.
С целью обеспечения визуального систематического контроля за натяжением анкеров в процессе их установки и эксплуатации был разработан анкер с узлом податливости из пакета прорезиненных шайб [1].
Испытания указанных анкеров с узлами податливости проводили на шахтах г. Прокопьевска и Киселевска [2].
Проведенные испытания выявили следующие недостатки:
- при высоте конусной втулки 35,0-40,0 мм последние 2-3 шайбы не работают, т.к. втулка упирается в плиту, а гайка в шайбу, при этом шайбы с повышенным модулем упругости не оказывают сопротивления смещению массива;
- отсутствуют средства поэтапной сигнальной индикации предельного смещения контура выработки.
На основании изложенного был разработан новый анкер [3] для крепления горных выработок, включающий узел податливости, выполненный в виде втулки, внедряемой гайкой в пакет шайб из податливого материала, установленных с возможностью сдвижения при деформировании вдоль образующей боковой поверхности втулки, отличающийся тем, что высота втулки меньше толщины последней шайбы в пакете, а торцовые поверхности шайб снабжены средствами поэтапной сигнальной индикации предельного смещения контура выработки.
Конструкция отличается тем, что средства поэтапной сигнальной индикации предельного смещения контура выработки выполнены в виде окрашенных в разные цвета торцовых поверхностей шайб, причем каждому этапу смещения контура выработки соответствует свой цвет, а также тем, что средства поэтапной сигнальной индикации предельного смещения контура выработки выполнены в виде полосок из светоотражающего материала, нанесенных на шайбы, причем каждому этапу смещения контура выработки соответствует условленное количество полосок.
Для повышения эффективности работы средства поэтапной сигнальной индикации могут быть выполнены в виде полосок, один конец которых закреплен на последней шайбе, соответствующей предельному смещению контура выработки, а свободный конец зажат между шайбами с возможно-
стью выпадения свободных концов полосок при смещении шайб.
Узел податливости работает следующим образом (см. рис.1).
После закрепления в шпуре стержня 1 замком 2 на выступающую часть стержня закрепляют опорную плиту 3, пакет шайб 6, втулку 5 и натяжную гайку 4. При закручивании натяжной гайки 4 конусная втулка 5 внедряется в пакет 6 с усилием, определяемым формулой:
р ПЕ • /тр •( К - г )•1 •( Р - С) , кгс Я + г
где Р - усилие вдавливания конусной втулки, кгс; Е - модуль упругости материала шайб при растяжении, кгс/см2; /тр - коэффициент трения втулки по шайбе; Я, г - внешний и внутренний радиусы шайб, см; I - высота конусной втулки, см.; Р,сС -больший и малый диаметр конусной втулки.
Для обеспечения усилия прижатия верхняка крепи к контуру выработки с усилием 10 кН (5060% от несущей способности замка) достаточно внедрить гайку 4 на глубину 5^7 мм, а при внедрении гайки на глубину 16-17 мм (гайка проходит через шайбы) усилие внедрения составляет 16-18 кН, в дальнейшем при движении гайки через последующие шайбы усилие внедрения составляет 18-19 кН. С началом расслоения заанкерованного
60
Н.Т.Бедарев, О.В.Любимов, Г.А.Ситников, Н.Б.Ковалев
массива края нижних шайб начинают поочередно изгибаться.
Количество шайб в пакете выбирается с учетом максимума смещения контура выработки. В зависимости от скорости нарастания смещений контура выработки, например, при подходе очистного забоя, визуальный контроль за смещением контура выработки должен участиться, с учетом прохождения намеченных зон, например, 40,70 и 90% от максимального смещения. При изгибе шайбы на этапе 40% от максимального смещения на её развернутой поверхности появляется заранее нанесенная полоса из светоотражающей материи, а при изгибе шайбы на отметке 70% от максимума на её развернутой поверхности появляется две полосы, наконец, при изгибе шайбы, соответствующей 90% от максимума - три полосы, при этом длина полос увеличивается (вдвое от кромки шайбы до анкера) за счет растягивания (развертывания) упакованного в два слоя светоотражающей материи между последней и предпоследней шайбами (концы приклеены к последней и предпоследней шайбами).
Внедрение анкеров с узлами податливости сдерживалось сложностью определения модуля упругости материалов для пакета шайб, а так же изготовлением значительного количества стандартных конусных втулок [2].
С целью исключения громоздких вычислений при изготовлении и внедрении узлов податливости, были проведены лабораторные исследования различных вариантов компоновки узлов податливости.
Для изготовления пакета шайб использовались бывшие в употреблении прорезиненные конвейерные ленты, а вместо конусных втулок -стандартные натяжные гайки с шайбами для анкерных стержней диаметром 20мм, и конусные гайки для анкерных стержней, изготовленных из арматурной стали.
Для увязки глубины внедрения различных втулок и гаек в пакет шайб использовались штан-говыдергиватели типа ВШГ20 или ПКА [2].
В лаборатории геомеханики филиала ГУ КузГТУ в городе Прокопьевске разработано новое устройство на базе гидродомкрата с усилием внедрения до Р=40кН.
На рис. 2 представлено разработанное устройство, в котором: 1-опорная рама; 2-гидродомкрат; 3-монометр для измерения усилий внедрения; 4-анкер с пакетом шайб; 5-гайка натяжения анкера; 6-индикатор часового типа, для измерения смеще-
ний при прохождении шайбы; 7-замерная линейка для измерения смещений при прохождении гайки 5 через пакет шайб.
На рис. 3 приведен характер внедрения в пакет шайб гаек для анкерных стержней из арматурной стали с конусной головкой (линия 1), повернутой к шайбам, и гаек для сталиполимерных анкеров ^=20мм) с металлической шайбой (линия 2).
Из рис. 3 видно, что при внедрении гайки конусной стороной на глубину 15мм усилие внедрения составляет 15кН, а для стандартной гайки с шайбой при той же глубине внедрения - 24кН.
Анализ изложенного показывает, что подбирая различные варианты набора гаек и шайб, можно задавать необходимые усилия прижатия верхняка крепи к контуру выработки, а в дальнейшем осуществлять визуальный контроль за его натяжением в процессе эксплуатации.
Таким образом, достигается эффективность контроля за работой анкерных крепей и упрощается изготовление узлов податливости анкеров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Авторское свидетельство № 1758239. Анкер для крепления горных выработок /Н.Т.Бедарев, А.Н.Бурмистров, С.А.Толмачев и др. Опубл. 20.11.92. Бюл. №32.
2. Костюк С.Г., Бедарев Н.Т. Систематический контроль работы анкерной крепи при установке и эксплуатации. - Форум горняков - 2009. Материалы Международной конференции. 30 сентября - 3 ок-
тября 2009г. Днепропетровск , 2009. - С.133-136.
3. Описание полезной модели к патенту №102680. Анкер для крепления горных выработок /Н.Т.Бедарев, С.Г.Костюк, О.В.Чижов и др. Опубл. 10.03.2011. Бюл.№7.
I Авторы статьи
Бедарев Николай Тимофеевич, канд.техн.наук, доцент каф. «Технология и механизация выемки угля» филиала КузГТУ в г. Прокопьевск. Тел.(3846) 62-00-16
Любимов Олег Владиславович, ст. преподаватель каф. «Прикладная механика» КузГТУ. Email:
Ситников Геннадий Анисимович, канд.техн.наук, доцент каф.«Технология и механизация выемки угля» филиала КузГТУ в г. Прокопьевск. Тел. (3846) 62-00-16
Ковалев Николай Борисович, соискатель каф. «Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом» КузГТУ. Тел. 3842-39-63-87
б2 ^ТБедарев, О.В.Любимов, Г.А.Ситников, H.Б.Kовалев
