Главная Обозрение Результаты испытаний анкеров, установленных на ампулы АМК ДК при различном характере нагрузок

Результаты испытаний анкеров, установленных на ампулы АМК ДК при различном характере нагрузок

Д.Ф. Заятдинов, А.С. Позолотин, П.В. Гречишкин, М.В. Лысенко, С.В. Абраменко
Печать
Тоннель метро

В декабре 2013 года вышел Приказ об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах», согласно которой, сталеминеральную ан- керную крепь необходимо применять в горных выработках:

  • со сроком службы более 10 лет;
  • проведенных по пластам весьма склонных к самовозгоранию;
  • с обводненными породами.

Специалистами группы компаний «РАНК», более 7 лет назад, была разработана ампула минеральная композиционная АМК (далее по тексту АМК) для закрепления анкеров в горных выработках и широко применяется на угольных шахтах и рудниках России (ООО «Шахта Байкаимская», закреплено более 20 км выработок; шахта «Хакасская»; шахта «Владимирская»; рудники «Холбинский», «Ирокинда», «Хужир» и др.). Данная ампула эффективно применяется и в настоящее время. Для увеличения скорости установки сталеминеральной анкерной крепи, была разработана ампула минеральная композиционная двухкамерная (далее по тексту – АМК ДК).

При использовании ампул АМК ДК исключается время, затрачиваемое на замачивание ампул в воде перед установкой в шпур, что позволяет значительно снизить трудоемкость проходческих работ и сократить время на крепление выработок, также разработчиками ампулы был уменьшен срок гидратации минеральной композиции (до 30 мин.) по сравнению с аналогом (до 24 часов). Состоит ампула из внешней оболочки 1 с минеральной композицией 4 и оболочки внутренней камеры 3, заполненной жидким отвердителем 5 (рис. 1). Оболочка внутренней камеры 3 разделена на герметичные секции термошвом, что позволяет при установке анкера качественно и равномерно смачивать минеральную композицию, для полного отверждения закрепляющего состава [2, 3]. Благодаря тому, что сухая смесь равномерно перемешивается с отвердителем в процессе установки, гидратация минеральной композиции протекает по всему объему смеси и увеличивает прочность закрепления анкера в короткие сроки. В последующее время прочность закрепления анкера растет, за счет набора прочности закрепляющего состава, в течение 28 суток [4, 5, 6].

Технология установки анкера на АМК ДК:

Ампула минеральная композиционная двухкамерная (АМК ДК) Рис. 1.
Ампула минеральная композиционная двухкамерная (АМК ДК):
1 - внешняя оболочка; 2 - клипса; 3 - оболочка внутренней камеры; 4 - минеральная композиция; 5 - внутренние секции с жидким отвердителем.
  • бурится шпур диаметром 27-30 мм;
  • к дну шпура до упора досылается необходимое количество ампул;
  • к анкеру с помощью переходника-вращателя присоединяется анкероустановщик;
  • с помощью станка, путем равномерного вращения и подачи, анкер устанавливается в проектное положение, в течение 8-10 секунд. Ожидание отверждения состава ампул не требуется;
  • на муфту надевается опорный элемент или подхват и производится предварительное натяжение анкера путем затягивания гайки;
  • анкер установлен.

Важным достоинством АМК ДК является то, что в случае самовозгорания угля или пожара в шахте, закрепляющая втулка сохраняет несущую способность анкерной крепи, за счет негорючести минерального состава, что делает ее незаменимой в условиях угольных пластов склонных и весьма склонных к самовозгоранию. Термостойкость состава разработанной смеси, без снижения прочности, составляет не менее 600 °С что в 4 раза больше по сравнению с полимерными ампулами где точка плавления 165 °С, а точка воспламенения 300 °С [7]. Реологические свойства минерального состава ампулы АМК ДК со временем не меняются по сравнению с полимерными составами, где прочность закрепляющей втулки в шахтных условиях начинает снижается уже на 2-й год эксплуатации за счет просадки [7].

Установка анкеров на химические ампулы сопровождается выделением токсичных веществ (паров стирола) в горные выработки, что полностью исключается при использовании ампул АМК ДК. Данный фактор особо актуален в условиях слабо проветриваемых и тупиковых горных выработках. Основные технические преимущества ампулы АМК ДК по сравнению с полимерными ампулами сведены в таблицу 1.

Показатели Минеральная ампула
АМК ДК
Полимерная ампула
Выделение токсичных испарений - +
Надёжность закрепления анкеров + +
Закрепляющий материал не горит и не поддерживает горение + -
Обеспечение расчетной несущей способности анкера через 10 минут после закрепления + +
Работоспособность анкерной крепи в горных выработках с длительным сроком службы (пять лет и более) + Необходимо проводить периодические испытания на прочность закрепления
Операция перемешивания состава ампул в шпуре Отсутствует Обязательна
Срок хранения ампул 12 месяцев до 6 месяцев
Температура хранения ампул -50 °С до +50 °С не выше +20 °С
 
Таблица 1. Технические преимущества ампулы АМК ДК
Диаграмма нагружения анкера АКМ 20.01-01 Рис. 2.
Диаграмма нагружения анкера АКМ 20.01-01, закреплённого на ампулы АМК ДК через 30 мин. с момента установки.

Ампулы АМК ДК эффективно применяются как для закрепления стальных анкеров (типа АКМ АВ, А20В и др.), так комбинированных (типа АКМ 20.01) и канатных (типа АК 01, АК02, АК01-25). Также с помощью АМК ДК выполняется бесфундаментный монтаж ленточных конвейеров на анкеры, в выработках с обводненными, или слабыми вмещающими породами почвы [8] и монтаж подвесных монорельсовых балок.

Специалистами ООО «РАНК 2» проведены комплексные лабораторные и шахтные испытания прочности закрепления стальных, комбинированных и канатных анкеров ампулами АМК ДК. Некоторые результаты лабораторных испытаний показаны на (рис. 2, 3, 4) и в табл. 2. Результаты шахтных испытаний показаны в табл. 3.

Диаграмма нагружения анкера А20В (АКМ АВ) Рис. 3.
Диаграмма нагружения анкера А20В (АКМ АВ), закреплённого на ампулы АМК ДК через 30 мин. с момента установки.

В лабораторных условиях были испытаны канатные анкеры АК01-25 закрепленные на ампулы АМК ДК, общей длиной 1350 мм, для условий монтажа монорельсового пути, под действием циклических нагружений, создаваемых искусственно на гидравлическом прессе ИП-500-авто. При испытаниях было произведено 250 нагружений каждого анкера до 75 кН, после чего анкер нагружался до разрыва.

По результатам лабораторных испытаний, было установлено, что под действием циклических нагружений на канатные анкеры АК01-25, установленных на ампулы АМК ДК, разрушений и потери массы закрепляющей втулки не происходит, обеспечивается расчётная несущая способность анкерной крепи, следовательно, данные ампулы работоспособны при различном характере нагрузок.

Основные технологические показатели Типы анкеров
АКМ 20.01-01 А20В АК 01
Количество ампул АМК ДК, L-450 мм 2 2 3
Предварительное натяжение анкеров на гидравлическом прессе ИП 500, сразу после установки анкеров, кН 30 30 30
Время после установки до испытания на прочность закрепления, мин. 30 30 30
Максимальная нагрузка на анкер, кН 153 175 230
Примечания В результате испытаний, анкер воспринял нагрузку до 105 кН, после чего стержень анкера начал удлиняться без потери несущей способности, при нагрузке 153 кН произошел обрыв стержня анкера. В результате испытаний анкер выдержал нагрузку до 175 кН, после чего произошел обрыв стержня анкера. В результате испытаний, анкер анкер выдержал нагрузку до 230 кН, после чего произошел обрыв жилы каната.
       
Таблица 2. Результаты лабораторных испытаний закрепления различных типов анкеров на ампулы АМК ДК

 

Основные технологические показатели Типы анкеров
АКМ 20.01-01 А20В (АКМ АВ)
Количество ампул АМК ДК, L-450 мм 2 2
Предварительное натяжение анкеров, сразу после установки, кН 30 30
Максимальная нагрузка на анкер, кН 100 140
Смещения стержня анкера в шпуре, мм нет нет
Время после установки до испытания на прочность закрепления, мин. 30 30
Примечания Суммарное время установки анкера на минеральную ампулу составило 12 сек., по сравнению с полимерной 40 сек.*
Выводы Фактическая несущая способность подтвердила прочность закрепления анкера Фактическая несущая способность подтвердила прочность закрепления анкера
       
Таблица 3. Результаты шахтных испытаний закрепления различных типов анкеров, установленных на ампулы АМК ДК в условиях шахты ООО «Шахта Байкаимская» и ОАО «СУЭК-Кузбасс» ПЕ шахта «Комсомолец»

Кроме того, ампулы АМК ДК были испытаны в условиях обводненных пород кровли, в условиях ОАО «Ургалуголь» и ОАО «Приморскуголь» ШУ «Восточное». После установки анкерной крепи на минеральные ампулы АМК ДК водоприток из шпура прекратился. Проведенные испытания показали пригодность и работоспособность ампул АМК ДК для крепления анкеров в условиях обводненных пород кровли.

Диаграмма нагружения анкера АК01 Рис. 4.
Диаграмма нагружения анкера АК01, закреплённого на ампулы АМК ДК через 30 мин. с момента установки.

По результатам лабораторных и шахтных испытаний закрепления различных типов анкеров ампулы АМК ДК обеспечили:

  • надёжное закрепление анкерной крепи;
  • эффективность крепления выработок в условиях обводнённых пород;
  • возможность закрепления анкеров подвески монорельсовых подвесных дорог, в выработках с длительным сроком службы;
  • удобство использования при креплении горных выработок.

Перечисленное выше делает ампулы АМК ДК достойной альтернативой полимерных при наличии преимуществ по ряду показателей.

 

Д.Ф. Заятдинов,
заместитель директора по перспективному развитию ООО «РАНК 2»;
А.С. Позолотин,
директор по перспективному развитию ООО «РАНК 2», канд. техн. наук;
П.В. Гречишкин,
научный сотрудник Института угля СО РАН, канд. техн. наук;
М.В. Лысенко,
заместитель директора по перспективному развитию ООО «РАНК 2»;
С.В. Абраменко,
инженер технолог ООО «АМК».

 

Группа компаний «РАНК»,
Тел. +7 (3842) 28-12-03
сайт: www.rank42.ru,
e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

Литература

  1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах», М., 2014.
  2. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж.Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение. / Пер. с англ. Т. И. Розенберг, Ю. Б. Ратиновой, Под ред. В. Б. Ратинова. - М.: Стройиздат. 1986. - 278 с.
  3. Касторных Л.И.. Добавки в бетоны и строительные растворы; Учебно-справочное пособие; 2-е изд., Ростов н/Д Феникс, 2007 - 221 с.
  4. Рамачандран В. С., Фельдман Р. Ф., Коллепарди М. и др.. Добавки в бетон: Справ. Пособие. /; Под ред. В.С. Рамачандрана; Пер. с англ. Т.И. Розенберг и С. А. Болдырева; Под ред. А.С Болдырева и В. Б. Ратинова. - М.: Стройиздат. 1988. - 575 с..
  5. Брыков А.С., Гидратация портландцемента: учебное пособие. - СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2008. - 30 с..
  6. Брыков А.С.. Силикатные растворы и их применение: учебное пособие. - СПб.:СПбГТИ(ТУ), 2009. - 54 с..
  7. Магдыч В.И., Крепление горных выработок угольных шахт сталеминеральной анкерной крепью. / В.И. Магдыч, О.А. Утиралов; Под ред. Докт. Техн. Наук, проф. В.В. Сенкуса. - Новосибирск: Наука, 2007.- 148 с..
  8. Еременко В. А., Разумов Е. А., Заятдинов Д. Ф., Современные технологии анкерного крепления. ГИАБ. - 2012. - № 12. - С. 38-45..

 

 
Дорогие читатели! Вы можете прокомментировать данный материал. Интересные идеи, непредвзятые точки зрения и конструктивные замечания - приветствуются.

Вышел новый номер

Увидел свет новый номер журнала «Маркшейдерия и Недропользование»
№ 4 (90), июль-август 2017 г.
Информация

Выставки и форумы одной строкой

Дата проведения: 17.10.2017 - 19.10.2017. 10-я специализированная выставка «Горное дело: Технол... далее
Дата проведения: 12.09.2017 - 15.09.2017. 13-я Международная выставка и конференция по о... далее
Дата проведения: 23.05.2017 - 24.05.2017. XIV Всероссийский Конгресс «Государственн... далее

Котировки

Курсы Валют  Дата ЦБ РФ
USD
18.08.17 59,2490
EUR
18.08.17 69,6531
100 KZT
18.08.17 17,8067
10 CNY
18.08.17 88,7878
LME - Лондонская биржа цветных металлов цены ($/тн):
 

Подписка на новости

Подпишитесь на новости. Введите Ваш e-mail

Подписка на RSS канал

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter