Стенд для випробування несучої спроможності анкерного кріплення

Стенд для випробування несучої спроможності анкерного кріплення, що включає нерухому металеву станину, на якій встановлюються металеві розбірні форми для розміщення породних блоків, які переміщуються за допомогою приводу, який має пристрій для контролю зусилля зсування роз Винахід відноситься до гірничої справи, зокрема до експериментально-дослідних робіт, пов'язаних з випробуванням несучої спроможності анкерного кріплення, що встановлюється у гірничих виробках та тунелях Відомий стенд для дослідження руйнування гірських порід (А с №1484942, МПК4 Е 21 С 27/32, опублик 07 06 89 Бюл №21) Стенд містить раму з напрямними, що закріплені на рамі, портал для установки ріжучого інструменту з тензодинамометром і затискного пристосування, стіл, встановлений з можливістю переміщення в напрямних рами, металеві форми для розміщення порідних блоків, встановлених на столі, привід переміщення стволу додатково забезпечений пдромультиплікатором, кронштейном, жорстко закріпленим на рамі, рукояттю, один кінець якої шарнірно приєднаний до кронштейна, а інший виконаний зі склянкою, яка розміщена в отворі порталу, пов'язаний із затискним пристосуванням і встановлений з можливістю вертикального і горизонтального переміщення і фіксації спільно із затискним пристосуванням відносно порталу, причому портал виконаний з радіусними напрямними, а стіл встановлений в напрямних рами за допомогою розпірних, опорних і затискних катків, при цьому пдромультиплікатор закріплений на рукояті і пов'язаний з приводом переміщення стола бірних форм у горизонтальній площині (несучої спроможності анкерного кріплення), а також має датчики годинного типу для реєстрації проковзування анкера у породних блоках і пристрої для реєстрації розшарування породних блоків, який відрізняється тим, що стенд додатково обладнаний напрямними, що жорстко з'єднані з станиною, стопорними механізмами розбірних форм, пристроями для активного контролю за розшаруванням розбірних форм, рамою пристрою для вертикального переміщення розбірних форм, пристроєм для переміщення розбірних форм у вертикальній площині із вимірювальним пристроєм для контролю зусилля зсування розбірних форм у вертикальній площині та пристроями для активного контролю за вертикальним зсуванням розбірних форм Недоліками відомого стенда є Для наближення зсування порідних блоків, що моделюються, в порожнину гірського вироблення до реальних умов, необхідно забезпечити переміщення розбірних форм в горизонтальній і вертикальній площинах Конструкція стенда не дозволяє забезпечити необхідних переміщень розбірних форм, внаслідок чого неможливо досягнути достовірних результатів випробування несучої здатності анкерного кріплення Найбільш близьким по технічній суттєвості і досягаемому результату до винаходу, що заявляється, є випробувальний пристрій для випробування несучої спроможності анкерного кріплення (Книга "Professional users handbook for rock bolting", Bengt Stillborg, Trans tech pubhkations, с 33 - 34, 1994г, Прототип) Пристрій містить металеві розбірні форми, що заливаються бетоном для імітації порідних блоків однорідної структури, які зсуваються з анкерів у горизонтальній площині за допомогою пдроприводу Також маються датчики годинного типу для реєстрації розшарування блоків та проковзування анкерів Пдропривід та датчики годинного типу пов'язані із комп'ютером, який у графічному виді видає інформацію про несучу спроможність анкерного кріплення з урахуванням імовірного проковзування анкерів Загальними ознаками прототипу і об'єкту, що ю о ю 54025 заявляється є 1 Розбірні форми для імітації блоків порід та розташування в них анкерів 2 Привід для зсування розбірних форм з анкерів 3 Пристрої для спостереження за розшаруванням модельованих порід та проковзуванням анкерів у свердловинах Недоліками цього стенду є необхідність застосування що найменше двох анкерів в одному випробуванні для запобігання перекинення розбірних форм, адже у цьому стенді немає рами з напрямними, немає можливості забезпечити пересування розбірних форм у вертикальній площині, немає можливості забезпечення заданого зсувального навантаження на будь-якому з порідних блоків і стягання їх з анкерного кріплення в будьякій ПОСЛІДОВНОСТІ, немає можливості активного контролювання за розшаруванням модельованих порідних блоків (розбірних форм) Застосування прототипу не дозволяє адекватно моделювати натурні умови зсування порідних блоків з анкерів, та досягти достовірних результатів випробування несучої спроможності анкерного кріплення В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції стенду для випробування несучої спроможності анкерного кріплення, в якій за рахунок нових конструктивних елементів та їх взаємозв'язку забезпечується технічний результат отримання достовірних даних про несучу спроможність анкерного кріплення У результаті забезпечуються умови для максимального наближення процесів зсування порідних шарів, що моделюються до реальних умов Поставлена задача вирішується за рахунок того, що стенд для випробування несучої спроможності анкерного кріплення, який включає нерухому металеву станину, на якій встановлюються металеві розбірні форми для розміщення порідних блоків, які переміщуються за допомогою приводу, який має пристрій для контролю зусилля зсування розбірних форм у горизонтальній площині (несучої спроможності анкерного кріплення), а також має датчики годинного типу для реєстрації проковзування анкеру у порідних блоках і пристрої для реєстрації розшарування порідних блоків, згідно винаходу, стенд додатково обладнаний напрямними, що жорстко з'єднані з станиною, стопорними механізмами розбірних форм, пристроями для активного контролю за розшаруванням розбірних форм, рамою пристрою для вертикального переміщення розбірних форм, пристроєм для переміщення розбірних форм у вертикальній площині із вимірювальним пристроєм для контролю зусилля зсування розбірних форм у вертикальній площині та пристроями для активного контролю за вертикальним зсуванням розбірних форм Причинно-наслідковий зв'язок ознак, що складають суттєвість винаходу, з технічним результатом, що досягається пояснюється наступним Дослідженнями встановлене, що в реальних умовах, під дією гірського тиску породи зсуваються у порожнину виробки за різними напрямами, але основним є зсування у вертикальній площині Якщо розглядати поперечний переріз одиночної гірничої виробки при горизонтальному заляганні порід, то встановлення анкерного кріплення за типовою технологією здійснюється радіально від її центру При цьому, основний напрям зсування порід може як співпадати з напрямом встановлення анкерів (наприклад, якщо анкер встановлений у покрівлі виробки перпендикулярно площині напластування порід), так і бути перпендикулярним йому (наприклад, якщо анкер встановлено у боці виробки) Якщо залягання порід має нахил, то вельми важливою складовою процесу зсування порід у порожнину виробки є зсування вздовж контакту напластування порід Таким чином, для забезпечення повноти експериментальних даних про випробування несучої спроможності анкерного кріплення необхідно щоб стенд мав можливість як реалізації цих напрямів зсування порід, так і активного контролювання ними, що забезпечено у винаході Наведені ознаки складають суттєвість винаходу, бо є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату - отримання достовірних даних про несучу спроможність анкерного кріплення За рахунок цього забезпечуються умови для максимального наближення процесів зсування порідних шарів, що моделюються до реальних умов Суть винаходу пояснюється кресленням На фіг 1 зображений вид в аксонометрії стенду для випробування несучої спроможності анкерного кріплення Де 1 - металева станина стенду із напрямними, 2 - розбірні форми, 3 - пристрій для зсування розбірних форм у горизонтальній площині, 4 - вимірювальний пристрій для контролю зусилля зсування розбірних форм у горизонтальній площині (несучої спроможності анкерного кріплення), 5 - стопорні механізми розбірних форм, 6 пристрої для активного контролю за розшаруванням розбірних форм, 7 - рама пристрою для вертикального переміщення розбірних форм, 8 - пристрій для переміщення розбірних форм у вертикальній площині, 9 - вимірювальний пристрій для контролю зусилля зсування розбірних форм у вертикальній площині, 10 - пристрої для активного контролю за вертикальним зсуванням розбірних форм, 11 - пристрій для реєстрації проковзування анкеру у свердловині Підготовка стенду до випробування несучої спроможності анкерного кріплення Згідно гірничо-геологічних умов, які потрібно моделювати, у розбірні форми 2 закладають реальні блоки порід та закріплюють їх цементним розчином Далі встановлюють необхідну КІЛЬКІСТЬ розбірних форм на напрямних станини 1, та фіксують їх стопорними пристроями 5 із забезпеченням (якщо необхідно) заданої величини розшарування порідних блоків за допомогою пристроїв 6, та заданої величини зсування у вертикальній площині за допомогою пристроїв 10 Потім бурять свердловину необхідного діаметру, у яку встановлюють та закріпляють анкер чи порідний болт У наступному, на станину 1 встановлюють та жорстко закріпляють що найменше один пристрій для зсування розбірних форм у горизонтальній площині 3 із вимірювальним пристроєм 4, який потім з'єднують з однією із розбірних форм У разі необхідності моделювання зсування порід вздовж контакту напластування, на станину 1 жорстко прикрі 54025 пляють що найменше одну раму 7 Із пристроями 8 та 9, за допомогою яких встановлюють та підтримують необхідний рівень зсувального навантаження, та пристрій 11 для реєстрації проковзування анкера в свердловині Приклад Для випробування несучої спроможності анкерів, які планувалося встановити у конвеєрному штреку 22-і східної лави пласта сц горизонту 480м шахти "Південнедонбаська №1", були обрані зразки (керн) порід із подібними реальним породам фізико-механічними властивостями Потім ці блоки були закладені у розбірні форми та закріплені цементним розчином Для моделювання закріплення масиву на глибину 2м, на станину стенду були встановлені чотири розбірні форми розміром 0,5 х 0,5 х 0,3м кожна Для моделювання зсування порід вздовж контакту напластування на величину 0,0025м, за допомогою пристрою для активного контролю за вертикальним зсуванням розбірних форм, третя форма була піднята на цю величину Для забезпечення тимчасової нерухомості системи розбірних форм із метою одночасного буріння розташованих в них порід, вони були зафіксовані на станині за допомогою стопорних пристроїв Потім була пробурена свердловина діаметром 0,035м, у яку були встановлені типові ампули із спеціальною швидкотвердіючою смолою фірми "Карботех" Далі ці ампули були скреснені та перемішані анкером (діаметром 0,02м) із армованої сталі, на вільний кінець якого була встановлена спеціальна притискна плита розміром 0,1 х 0,1 х 0,005м та гайка Для моделювання первинного відшарування безпосередньої покрівлі пласту (що має місце у натурних умовах не вздовж після утворення контуру виробки прохідницьким комбайном), пристрої для активного контролю за розшаруванням розбірних форм між першою та другою формами були настроєні таким чином, щоб забезпечити величину розшарування 0,005м При цьому, для забезпечення первинності зсування першої розбірної форми, друга була тимчасово застопорена стопорними пристроями Після затвердіння смоли на станину стенду був встановлений та жорстко закріплений пристрій для зсування розбірних форм у горизонтальній площині із вимірювальним пристроєм для реєстрації зусилля зсування, який потім був з'єднаний з першою розбірною формою Для моделювання зсування порідного шару вздовж контакту напластування, на станину стенду, над третьою розбірною формою (що була заздалегідь піднята на задану величину) була жорстко прикріплена рама пристрою для вертикального переміщення розбірних форм із вимірювальним пристроєм для контролю зусилля зсування розбірних форм у вертикальній площині, за допомогою якого було установлено та підтримувалося зсувальне навантаження 9МПа (що має місце у натурних умовах, що моделюються) При цьому, пристрої для активного контролю за вертикальним зсуванням розбірних форм (зсування вздовж контакту напластування) були настроєні таким чином, щоб забезпечити величину зсування не більше 0,0025м На останньому етапі підготовки стенду, зі сторони вільного торця четвертого блоку були встановлені датчики годинного типу для реєстрації імовірного проковзування анкера Після проведення вище перерахованих операцій був призведений до дії пристрій для зсування розбірних форм у горизонтальній площині та проведене випробування несучої спроможності анкера По результатах експерименту був побудований графік залежності зусилля зсування порід з анкеру (несучої спроможності анкера) від величини зсування, представлений на фіг 2 Отже, було експериментально встановлено, що анкер даної конструкції у конкретних умовах шахти буде мати максимальну несучу спроможність 237кН, тобто близько 24 тон 10 20 ФіГ.1 30 40 50 60 70 Вели чи на зсування, мм Фіг.2 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 90 і 00