СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ АНКЕРНОЙ КРЕПИ НА МОДЕЛЯХ ИЗ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
INVESTIGATION METHOD OF BOLTING WORK ON MODELS IMPLEMENTED FROM EQUIVALENT MATERIALS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к испытательной технике, к области изучения геомеханических процессов путем физического моделирования на эквивалентных материалах.
Известен способ исследования крепи на моделях из эквивалентных материалов, заключающийся в том, что модель послойно закатывается на стенде, в теле модели выполняют отверстие, воспроизводящее горную выработку, и устанавливают устройство для моделирования работы крепи, выполненное в виде упругого кольца (Кузнецов Г.Н., Будько М.Н., Васильев Ю.И. Моделирование проявлений горного давления. - Л.: Недра, 1968 год, страница 170, рис.5-2з).
Недостатком данного способа является отсутствие возможности исследовать работу именно анкерной крепи. Можно исследовать работу кольцевой крепи, а работа анкерной крепи имеет свои особенности. В соответствии с этим способом устройство для моделирования работы крепи устанавливается в отверстие, воспроизводящее горную выработку и никоим образом не связывает слои кровли выработки, как это делает анкерная крепь. При этом устройство для моделирования работы крепи воспроизводит работу только единицы крепления и не позволяет исследовать работу набора единиц крепи во взаимодействии.
Известен способ исследования работы крепи и устройство для его реализации, более близкие к предлагаемому и принятые за прототип (Кузнецов Г.Н., Будько М.Н., Васильев Ю.И. Моделирование проявлений горного давления. - Л.: Недра, 1968 год, страница 170, рис.5-2а). Способ заключается в том, что модель послойно закатывается на стенде, в теле модели выполняют отверстие, воспроизводящее горную выработку, и устанавливают две опоры и упругий элемент устройства для моделирования работы крепи. Устройство для моделирования работы крепи устанавливают, как и в описанном выше аналоге, в отверстие, воспроизводящее горную выработку.
Этот способ и устройство имеют недостаток, а именно не позволяют исследовать работу анкерной крепи на моделях из эквивалентных материалов. Способ и устройство пригодны только для изучения работы стоечной крепи горных выработок, размещаемых непосредственно в выработке и воспроизводят работу только единицы крепления и не позволяет исследовать работу набора единиц крепи во взаимодействии.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства за счет воспроизведения работы анкерной крепи. Кроме этого, устройство позволяет исследовать работу группы анкеров, что также расширяет функциональные возможности предлагаемого способа и устройства.
Технический результат достигается тем, что способ исследования работы анкерной крепи на моделях из эквивалентных материалов, заключающийся в том, что модель послойно закатывается на стенде, в теле модели выполняют отверстие, воспроизводящее горную выработку, и устанавливают две опоры и упругий элемент устройства для моделирования работы крепи, одну из опор устройства для моделирования работы крепи закатывают на уровне модели, соответствующем уровню расположения нижнего замка анкера, вторую опору закатывают на уровне модели, соответствующем уровню расположения верхнего замка анкера.
Кроме этого, устройство для реализации способа, содержащее два опорных элемента, упругий элемент, соединяющий между собой два опорных элемента, снабжено вторым упругим элементом, при этом опорные элементы выполнены в виде стержней, концы которых попарно выведены из тела модели, а каждый упругий элемент соединяет соответствующие концы пар стержней, при этом устройство снабжено жесткими и податливыми втулками, установленными на стержнях поочередно и оппозитно.
В предлагаемом способе изменяется порядок закатки модели, а именно: в процессе закатки устанавливают сначала один опорный элемент в виде стержня на уровне расположения нижнего замка моделируемого анкера, затем через заданное количество слоев закатывают вторую опору-стержень на уровне верхнего замка моделируемого анкера, после чего стягивают концы стержней упругими элементами. В результате устройство для реализации способа занимает положение в теле модели, а не в отверстии, как это имеет место в известных решениях. То есть предлагаемое устройство при предлагаемом способе по расположению аналогично расположению анкера в массиве горных пород, а упругие элементы, стягивающие стержни, во время возможного расслоения и деформации слоев модели воспроизводят силовую работу моделируемого анкера. Следовательно, предлагаемый способ вместе с устройством для его реализации позволяет достичь поставленной цели, а именно позволяет исследовать работу анкерной крепи на моделях из эквивалентных материалов.
Снабжение устройства жесткими и податливыми втулками, установленными на стержнях поочередно и оппозитно, позволяет моделировать работу сразу нескольких анкеров. Каждая пара жестких втулок, оппозитно установленных на паре стержней, моделирует работу одного анкера, где каждая из этих втулок работает как один из пары замков анкера. С учетом того, что поочередно с жесткими втулками установлены податливые втулки, усилие от упругих элементов создаются в зонах контактов жестких втулок с материалом модели, в то время как податливые втулки выключаются из силовой работы и служат лишь для фиксации положений жестких втулок. Этим достигается дополнительный эффект - возможность исследования работы группы анкеров.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид готовой модели, а на фиг.2 - устройство для моделирования работы крепи, установленное в теле модели.
Устройство для реализации способа содержит два опорных элемента 1, 2, упругий элемент 3, соединяющий между собой два опорных элемента 1, 2. Устройство снабжено вторым упругим элементом 4. Опорные элементы выполнены в виде стержней 1, 2, концы которых попарно выведены из тела 5 модели, а каждый упругий элемент 3, 4, соединяет соответствующие концы пар стержней 1, 2.
Устройство снабжено жесткими 6 и податливыми 7 втулками, установленными на стержнях 1, 2, поочередно и оппозитно.
Отверстие 8 в теле 5 модели воспроизводит горную выработку.
Способ реализуется с помощью устройства следующим образом.
Модель 5 послойно закатывается на стенде (не показан). На уровне модели, соответствующем уровню расположения нижнего замка моделируемого анкера, закатывают первую опору 2. Вторую опору 1 закатывают на уровне модели, соответствующем уровню модели верхнего замка моделируемого анкера. Выведенные из тела 5 модели концы стержней 1 и 2 соединяют попарно упругими элементами 3,4. Выполняют отверстие 8, моделирующее горную выработку. Модель подготовлена к исследованиям. С ней могут проводиться различные операции, такие как: изменение внешней нагрузки приспособлениями стенда (не показаны), отработка слоев, изменение температурного режима и другие операции в соответствии с задачами исследований. При всех операциях устройство будет выполнять работу, соответствующую работе анкера в реальных условиях.
Если же устройство собрано по схеме, показанной на фигуре 2, и включает упругие 6 и податливые 7 втулки, то оно моделирует работу группы анкеров, число которых равно количеству пар упругих втулок.
В этом состоит реализация предлагаемого способа с помощью предлагаемого устройства.
Предложенный способ позволяет решать разнообразные задачи по моделированию работы анкерной крепи. Например, имея набор устройств, можно моделировать работу анкеров, расположенных под разными углами относительно друг друга, работу анкеров, имеющих разную длину, работу анкеров, расположенных не только в кровле, но и в боках и почве выработки. Эти задачи решаются путем соответствующего размещения пар стержней в процессе закатки модели.
Предложенный способ исследования работы анкерной крепи и устройства для его реализации значительно расширяют функциональные возможности метода моделирования на эквивалентных материалах и позволяют решать задачи, ранее неосуществимые.