RU2765905C2 - Method for providing support due to synergetic deformation strain of anchor bolt and fastening rope - Google Patents
Method for providing support due to synergetic deformation strain of anchor bolt and fastening rope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2765905C2 RU2765905C2 RU2020117180A RU2020117180A RU2765905C2 RU 2765905 C2 RU2765905 C2 RU 2765905C2 RU 2020117180 A RU2020117180 A RU 2020117180A RU 2020117180 A RU2020117180 A RU 2020117180A RU 2765905 C2 RU2765905 C2 RU 2765905C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anchor bolt
- length
- anchor
- rope
- roof
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 title claims description 16
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000003245 working effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 23
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 7
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009510 drug design Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012407 engineering method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D20/00—Setting anchoring-bolts
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
- E21D21/02—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection having means for indicating tension
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Piles And Underground Anchors (AREA)
Abstract
Description
Область техники изобретенияField of invention
[001] Настоящее изобретение относится к области технологии обеспечения опоры горных выработок в шахтах, а конкретно – к методу обеспечения опоры за счет опорных параметров анкерного болта и крепежного каната, рационально спроектированных по принципу использования синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната.[001] The present invention relates to the field of technology for supporting mine workings in mines, and specifically, to a method of providing support due to the support parameters of the anchor bolt and tie-down line, rationally designed on the principle of using the synergistic strain stress of the anchor bolt and tie-line.
Уровень техники изобретенияState of the art invention
[002] В настоящее время при добыче угольных ресурсов шахтным методом в Китае количество шахтных горных выработок быстро растет. Опоры за счет анкерного болта представляют собой наибольшую долю опор шахтных горных выработок. Однако поскольку опоры за счет одних анкерных болтов не могут соответствовать требованиям к поддержанию окружающих пород в выработках, широко применяются объединенные опоры из анкерных болтов и крепежных канатов. Максимальная несущая способность в конструкции существующих объединенных опор из анкерного болта и крепежного каната достигается за счет применения расчетного усилия анкерного крепления. В практическом проектировании тяжело добиться расчетного усилия анкерного крепления одновременно для анкерного болта и крепежного каната. Следовательно, существует проблема наличия нерациональных расчетных параметров, и потенциал опорных конструкций не раскрывается.[002] At present, in the mining of coal resources by the shaft method in China, the number of mine workings is growing rapidly. Anchor bolt supports represent the largest proportion of mine workings supports. However, since anchor bolts alone cannot meet the requirements for maintaining surrounding rocks in workings, combined anchor bolt and tie-down supports are widely used. The maximum load-bearing capacity in the design of the existing combined anchor bolt and fastening rope supports is achieved by applying the calculated anchoring force. In practical design, it is difficult to achieve the design anchoring force for both the anchor bolt and the fastening rope. Therefore, there is a problem of having unreasonable design parameters, and the potential of supporting structures is not disclosed.
[003] В настоящее время при внутриобъектовом проектировании горных выработок в шахтах после установки анкерного болта и крепежного каната для опоры рабочие части анкерного болта и крепежного каната натягиваются вдоль сдвига кровли, и в пределах опорной области анкерного болта происходит растяжение, приводящее к возникновению деформации растяжения. Кроме того, значение деформации одинаково, и каждое из этих значений равно сдвигу кровли в пределах опорной области анкерного болта. Однако анкерный болт и крепежный канат, используемые в угольной шахте, отличаются по длине и степени вытягивания, а также, как правило, по усилию разрыва. Рабочая часть анкерного болта, как правило, имеет степень вытягивания 15-25 %, а рабочая часть крепежного каната – 3,5-7 %. При увеличении сдвига кровли в пределах опорной области анкерного болта сам анкерный болт или крепежный канат могут оборваться и потерять устойчивость вследствие того, что оседание пород превысит предельное значение натяжения, и фактическая опорная нагрузка опорной системы резко упадет, приведя впоследствии к повреждению опоры целого анкерного болта или крепежного каната из-за резко возросшей нагрузки на опору, превышающей фактическую несущую способность. Таким образом, соединение, поддерживающее рабочую часть анкерного болта и крепежного каната, полностью отказывает, что легко может привести к обрушению крупного участка кровли в выработке. Таким образом, необходимо обеспечить дополнительное усовершенствование существующего метода расчета обеспечения опоры за счет анкерного болта и крепежного каната для полного задействования опорных характеристик анкерного болта и крепежного каната и исключения нерационального проектирования опор.[003] At present, in the interior design of mine workings in mines, after the installation of an anchor bolt and a tie-line for a support, the working parts of the anchor bolt and the tie-line are stretched along the roof shear, and within the bearing area of the anchor bolt, tension occurs, leading to the occurrence of tensile deformation. In addition, the deformation value is the same, and each of these values is equal to the shear of the roof within the anchor bolt area. However, the anchor bolt and lashing line used in a coal mine differ in length and extent of extension, and generally also in breaking force. The working part of the anchor bolt, as a rule, has a degree of elongation of 15-25%, and the working part of the fastening rope - 3.5-7%. If roof shear increases within the anchor bolt area, the anchor bolt itself or the lashing line may break and lose stability due to subsidence exceeding the tension limit and the actual bearing load of the support system will drop sharply, subsequently resulting in failure of the entire anchor bolt support or fastening rope due to a sharply increased load on the support, exceeding the actual bearing capacity. Thus, the connection that supports the working part of the anchor bolt and the fastening rope completely fails, which can easily lead to the collapse of a large section of the roof in the working. Thus, it is necessary to provide an additional improvement to the existing method of calculating the provision of support due to the anchor bolt and fastening rope to fully utilize the supporting characteristics of the anchor bolt and fastening rope and eliminate irrational design of supports.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[004] Для решения технической задачи расчета рациональных параметров обеспечения опоры за счет анкерного болта и крепежного каната, а также для усовершенствования укрепления горной выработки в настоящем изобретении предлагается метод обеспечения опоры за счет синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната, приведенный далее:[004] In order to solve the technical problem of calculating rational parameters for providing support due to an anchor bolt and a fastening rope, as well as to improve the strengthening of a mine working, the present invention proposes a method for providing support due to the synergistic deformation stress of an anchor bolt and a fastening rope, as follows:
[005] Метод обеспечения опоры за счет синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната включает в себя следующие этапы.[005] The method of providing support due to the synergistic stress deformation of the anchor bolt and the lashing line includes the following steps.
[006] На этапе А определяют область повреждения окружающих пород горной выработки и рассчитывают опорную нагрузку, необходимую для этих пород, причем область повреждения окружающих пород получают путем теоретических расчетов или внутриобъектовых измерений, а опорную нагрузку – теоретическими расчетами.[006] At step A, the area of damage to the surrounding rocks of the mine working is determined and the support load required for these rocks is calculated, and the area of damage to the surrounding rocks is obtained by theoretical calculations or in-situ measurements, and the support load is obtained by theoretical calculations.
[007] На этапе В проводят оценку оседания кровли горной выработки, включая расчет максимального изгиба на основании формулы изгиба балки.[007] In step B, the settlement of the roof of the mine working is evaluated, including the calculation of the maximum bending based on the beam bending formula.
[008] На этапе С проводится предварительная проверка характеристик материалов опоры анкерного болта и крепежного каната; при этом предварительная проверка материалов опоры анкерного болта и крепежного каната проводится на основании материалов опоры смежных шахтных горных выработок, и эти проверки включают в себя вычисление вытягивания и разрушающей нагрузки.[008] At step C, a preliminary check of the characteristics of the materials of the anchor bolt support and the lashing rope is carried out; however, a preliminary check of the support materials of the anchor bolt and the fastening rope is carried out on the basis of the support materials of adjacent mine workings, and these checks include the calculation of pull and breaking load.
[009] На этапе D определяются длины анкерного болта и крепежного каната в следующей последовательности: на подэтапе D1 определяются длины свободных секций анкерного болта и крепежного каната, а на подэтапе D2 определяются длины самих анкерного болта и крепежного каната.[009] In step D, the lengths of the anchor bolt and lashing line are determined in the following sequence: in sub-step D1, the lengths of the free sections of the anchor bolt and lashing line are determined, and in sub-step D2, the lengths of the anchor bolt and lashing line themselves are determined.
[0010] На этапе Е выполняется коррекция прочности анкерного болта и крепежного каната. При несоблюдении требований к прочности повторяют этап С. Коррекция прочности включает в себя напряжения на анкерный болт и крепежный канат в условиях максимального оседания кровли горной выработки.[0010] At step E, the strength of the anchor bolt and the lashing rope is corrected. If the strength requirements are not met, step C is repeated. The strength correction includes the stresses on the anchor bolt and the fastening rope under conditions of maximum subsidence of the roof of the mine working.
[0011] На этапе F определяют интервалы установки анкерных болтов и крепежных канатов в следующей последовательности: на подэтапе F1 предварительно определяют интервал установки анкерного болта и вычисляют опорную нагрузку на него; на подэтапе F2 вычисляют опорную нагрузку, необходимую для анкерного болта, и определяются интервалы установки крепежного каната; на подэтапе F3 проводится проверка рациональности интервалов установки анкерных болтов и крепежных канатов.[0011] At step F, the installation intervals of anchor bolts and fastening ropes are determined in the following sequence: at sub-step F1, the installation interval of the anchor bolt is preliminarily determined and the bearing load on it is calculated; in sub-step F2, the support load required for the anchor bolt is calculated and the installation intervals of the lashing rope are determined; at sub-step F3, the rationality of the intervals for installing anchor bolts and fastening ropes is checked.
[0012] На этапе G составляют расчетный чертеж опор, анкерный болт и крепежный канат устанавливают в кровлю, измеряют напряжения, воздействующие на них, и контролируют сдвиг кровли.[0012] At step G, a calculation drawing of the supports is made, an anchor bolt and a fastening rope are installed in the roof, the stresses acting on them are measured, and the roof shear is controlled.
[0013] Предпочтительно, чтобы область повреждения окружающих пород горной выработки на этапе А была вычислена на основании гипотезы свода обрушения или гипотезы упругопластичной среды и измерена посредством метода скважинного телевизионного обнаружения. Опорную нагрузку P 0 рассчитывают на основании гипотезы подвешивания, комплексных гипотез свода или укрепленного свода.[0013] Preferably, the area of damage to the surrounding rocks of the mine working in step A is calculated based on the collapse dome hypothesis or the elastoplastic medium hypothesis and measured by the downhole television detection method. The support load P 0 is calculated based on the suspension hypothesis, complex roof hypotheses or reinforced roof.
[0014] Предпочтительно, чтобы формула изгиба балки на этапе В имела следующий вид: 
[0015] Проводят фактическое измерение веса единицы объема γ породы кровли, модуля упругости E породы кровли, ширины L и толщины m 0 горной выработки. Вычисляют оседание кровли горной выработки, т.е., максимальный изгиб ω.[0015] The actual measurement of the unit volume weight γ of the roof rock, the modulus of elasticity E of the roof rock, the width L and the thickness m 0 of the mine working is carried out. Calculate the subsidence of the roof of the mine working, i.e., the maximum bending ω .
[0016] Предпочтительно, чтобы характеристики анкерного болта и крепежного каната на этапе С были испытаны на растяжение в помещении. Кривую соотношения вытягивания и напряжений анкерного болта и крепежного каната выстраивают посредством испытания на растяжение в помещении.[0016] Preferably, the characteristics of the anchor bolt and the lashing line in step C are tensile tested indoors. The pull-to-stress ratio curve for anchor bolt and lashing line is established by indoor tensile testing.
[0017] Предпочтительно, чтобы длины свободных секций на подэтапе D1 этапа D были вычислены на основании принципа синергической деформации анкерного болта и крепежного каната. Максимальное вытягивание δ 1 свободной секции анкерного болта равно максимальному вытягиванию δ 2 свободной секции крепежного каната. Длина свободных секций анкерного болта и крепежного каната определяется по формуле с использованием длины свободной секции, оседания кровли горной выработки и максимального вытягивания: δ 1=L 1×ε 1=δ 2=L 2×ε 2=ω. Длины анкерного болта и крепежного каната на подэтапе D2, как правило, определяют следующим образом: для вычисления длины L b анкерного болта сначала определяют длину L b0 его крепежной секции и длину L b1 его открытой секции, а затем вычисляют длину анкерного болта по следующей формуле: L b = L 1 + L b0 + L b1. Для вычисления длины L c крепежного каната сначала определяют длину L c0 его крепежной секции и длину L c1 его открытой секции, а затем вычисляют длину крепежного каната по следующей формуле: L c = L 2 + L c0 + L c1. [0017] Preferably, the lengths of the free sections in sub-step D1 of step D are calculated based on the principle of synergistic deformation of the anchor bolt and the lashing line. The maximum extension δ 1 of the free section of the anchor bolt is equal to the maximum extension δ 2 of the free section of the anchoring rope. The length of the free sections of the anchor bolt and the fastening rope is determined by the formula using the length of the free section, the subsidence of the roof of the mine working and the maximum extension: δ 1 = L 1 × ε 1 = δ 2 = L 2 × ε 2 = ω. The lengths of the anchor bolt and the anchor line in sub-step D2 are generally determined as follows: to calculate the length L b of the anchor bolt, first determine the length L b0 of its anchor section and the length L b1 of its open section, and then calculate the length of the anchor bolt using the following formula: L b = L 1 + L b0 + L b1. To calculate the length L c of the lashing rope, first determine the length L c0 of its lashing section and the length L c1 of its open section, and then calculate the length of the lashing rope using the following formula: L c = L 2 + L c0 + L c1.
[0018] Более предпочтительно, чтобы значение длины крепежной секции анкерного болта составляло от 0,3 до 0,5 м, а значение длины его открытой секции – от 0,1 до 0,3 м. Значение длины крепежной секции крепежного каната составляет от 1 до 1,5 м, а значение длины его открытой секции – от 0,2 до 0,3 м.[0018] More preferably, the length of the anchor section of the anchor bolt is 0.3 to 0.5 m and the length of its open section is 0.1 to 0.3 m. The length of the anchor section of the anchor rope is 1 up to 1.5 m, and the value of the length of its open section is from 0.2 to 0.3 m.
[0019] Предпочтительно, чтобы коррекция прочности анкерного болта и крепежного каната на этапе Е включала в себя соотношение размеров при сопоставлении напряжения F 1 на анкерном болте в условиях максимального оседания кровли горной выработки и разрушающей нагрузки [F 1 ] на анкерном болте, а также соотношение размеров при сопоставлении напряжения F 2 на крепежный канат при условии максимального оседания кровли горной выработки и разрушающей нагрузки [F 2 ] на крепежном канате.[0019] Preferably, the strength correction of the anchor bolt and the anchor line in step E includes the ratio of dimensions when comparing the stress F 1 on the anchor bolt under conditions of maximum subsidence of the roof of the mine working and the breaking load [ F 1 ] on the anchor bolt, as well as the ratio dimensions when comparing the stress F 2 on the fastening rope, subject to the maximum subsidence of the roof of the mine working and the breaking load [ F 2 ] on the fastening rope.
[0020] Предпочтительно, чтобы предварительное определение интервала установки на подэтапе F1 этапа F включало в себя определение количества n b анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки, вычисление опорной нагрузки P b анкерного болта в соответствии с напряжением F 1 на нем при условии максимального оседания кровли горной выработки и фактическом рабочем коэффициенте η b анкерного болта, что выражается в следующем виде: P b =η b n b F 1 ; опорную нагрузку P c на анкерный канат F2 вычисляют на основании следующей формулы: P c =P 0 -P b. Количество n c крепежных канатов в рамках единицы длины в направлении горной выработки вычисляют по фактическому рабочему коэффициенту η c анкерного каната и напряжению F 2 на нем при условии максимального оседания кровли горной выработки, что выражается в следующем виде:[0020] Preferably, the preliminary determination of the installation interval in sub-step F1 of step F includes determining the number n b of anchor bolts within a unit length in the direction of the mine working, calculating the support load P b of the anchor bolt in accordance with the stress F 1 on it, provided maximum subsidence of the roof of the mine working and the actual working coefficient η b of the anchor bolt, which is expressed as follows: P b = η b n b F 1 ; the bearing load P c on the anchor line F2 is calculated on the basis of the following formula: P c = P 0 - P b. The number n c of fastening ropes within a unit of length in the direction of the mine working is calculated from the actual working coefficient η c of the anchor rope and the stress F 2 on it under the condition of maximum subsidence of the roof of the mine working, which is expressed as follows:
[0021] Интервал установки крепежных канатов определяют по количеству n c канатов в рамках единицы длины в направлении горной выработки; если количество n c крепежных канатов в рамках единицы длины в направлении горной выработки на подэтапе F3 превышает количество n b анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки, подэтап F1 повторяют.[0021] The installation interval of the fastening ropes is determined by the number n c of the ropes within a unit length in the direction of the mine working; if the number n c of anchoring ropes within a unit length in the direction of the mine working in sub-step F3 exceeds the number n b of anchor bolts within a unit length in the direction of the mine working, sub-step F1 is repeated.
[0022] Настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты.[0022] The present invention has the following positive effects.
[0023] (1) Посредством метода по настоящему изобретению определяются длины анкерного болта и крепежного каната на основании синергической деформации этих болта и каната для полного задействования их опорных характеристик. Таким образом, предотвращается возникновение явления отказа всей рабочей части опоры вследствие обрыва одного из анкерных болтов и крепежных канатов из-за избыточного натяжения в результате неучтенности разности максимальных значений натяжения анкерного болта и крепежного каната в стандартной конструкции опор. Следовательно, вероятность несрабатывания рабочей части опоры вследствие обрыва и отказа одного из анкерных болтов и крепежных канатов, приводящих к обрушению большого участка кровли, эффективно снижается.[0023] (1) Through the method of the present invention, the lengths of the anchor bolt and the anchor line are determined based on the synergistic deformation of these bolt and line to fully utilize their support characteristics. Thus, the occurrence of the phenomenon of failure of the entire working part of the support due to the breakage of one of the anchor bolts and fastening ropes due to excessive tension as a result of not taking into account the difference in the maximum tension values of the anchor bolt and the fastening rope in the standard design of the supports is prevented. Therefore, the probability of failure of the working part of the support due to the breakage and failure of one of the anchor bolts and fastening ropes, leading to the collapse of a large section of the roof, is effectively reduced.
[0024] (2) Максимальная несущая способность анкерного болта и крепежного каната представляет собой фактическое напряжение в случае, если максимальное оседание кровли имеет предельное значение, что измеряется путем испытания, и таким образом происходит полное задействование характеристик анкерного болта и крепежного каната. Таким образом разрешается противоречие, заключающееся в том, что усилия анкерного крепления вычисляются как максимальные значения при проектировании опор анкерного болта и крепежного кабеля, а оба они не могут иметь максимальные значения одновременно в практическом проектировании. Следовательно, опорные параметры анкерного болта и крепежного каната становятся точнее.[0024] (2) The maximum bearing capacity of the anchor bolt and lashing line is the actual stress in case the maximum roof settlement is at the limit, which is measured by testing, and thus the full performance of the anchor bolt and lashing line is used. This resolves the contradiction that anchoring forces are calculated as maximum values in the design of anchor bolt supports and anchor cable, and both of them cannot have maximum values at the same time in practical design. Therefore, the reference parameters of the anchor bolt and the lashing rope become more accurate.
[0025] (3) Согласно этому методу получаемые длины анкерного болта и крепежного каната рассчитываются рациональнее, и вследствие этого предотвращается перерасход опорного материала из-за избыточной длины анкерного болта или крепежного каната, а также риск возможного обрушения кровли из-за слишком малой длины анкерного болта или крепежного каната.[0025] (3) According to this method, the resulting lengths of the anchor bolt and lashing line are more rationally calculated, and as a result, wastage of support material due to excessive length of the anchor bolt or lashing line, as well as the risk of possible roof collapse due to too short length of the anchor line, is prevented. bolt or fastening rope.
[0026] Кроме того, настоящее изобретение обладает такими преимуществами, как простота вычисления, легкость эксплуатации и широкий спектр применения.[0026] In addition, the present invention has advantages such as ease of calculation, ease of operation, and a wide range of applications.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
[0027] ФИГ. 1 – схема процесса, на которой приведен метод обеспечения опоры за счет синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.[0027] FIG. 1 is a process flow diagram showing a method for providing support by synergistic strain stress on an anchor bolt and a lashing line, according to one embodiment of the present invention.
[0028] ФИГ. 2 – расчетный чертеж опор профиля горной выработки согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.[0028] FIG. 2 is a design drawing of mine working profile supports according to one exemplary embodiment of the present invention.
[0029] ФИГ. 3 – расчетный чертеж опор кровли горной выработки согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения.[0029] FIG. 3 is a design drawing of mine working roof supports according to one exemplary embodiment of the present invention.
[0030] Обозначение 1 на чертежах относится к анкерному болту, а обозначение 2 – к крепежному канату.[0030] Reference 1 in the drawings refers to the anchor bolt, and
Подробное описание вариантов осуществления изобретенияDetailed description of embodiments of the invention
[0031] Пример 1[0031] Example 1
[0032] По настоящему изобретению предлагается метод обеспечения опоры за счет синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната. Как показано на ФИГ. 1-3, метод обеспечения опоры реализуется следующим образом. Как показано на ФИГ. 1, метод обеспечения опоры за счет синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната включает в себя следующие этапы.[0032] The present invention provides a method for providing support by synergistic strain stress of anchor bolt and lashing line. As shown in FIG. 1-3, the support method is implemented as follows. As shown in FIG. 1, the method of providing support by synergistic stress deformation of the anchor bolt and the lashing line includes the following steps.
[0033] На этапе А определяют область повреждения окружающих пород горной выработки и рассчитывают опорную нагрузку, необходимую для этих пород, причем область повреждения окружающих пород получают путем теоретических расчетов или внутриобъектовых измерений, а опорную нагрузку – теоретическими расчетами.[0033] At step A, the area of damage to the surrounding rocks of the mine working is determined and the support load required for these rocks is calculated, and the area of damage to the surrounding rocks is obtained by theoretical calculations or in-situ measurements, and the support load is obtained by theoretical calculations.
[0034] Область повреждения окружающих пород горной выработки на этом этапе вычисляют на основании гипотезы свода обрушения или гипотезы упругопластичной среды и измеряют посредством метода скважинного телевизионного обнаружения. Опорную нагрузку P 0 рассчитывают на основании гипотезы подвешивания, комплексных гипотез свода или укрепленного свода.[0034] The area of damage to the surrounding rocks of the mine at this stage is calculated based on the collapse arch hypothesis or the elastic-plastic environment hypothesis and is measured by the downhole television detection method. The support load P 0 is calculated based on the suspension hypothesis, complex roof hypotheses or reinforced roof.
[0035] На этапе В проводят оценку оседания кровли горной выработки. Максимальный изгиб вычисляют по формуле изгиба балки.[0035] At step B, an assessment is made of subsidence of the roof of the mine working. The maximum bending is calculated using the beam bending formula.
[0036] Формула изгиба балки на этом этапе выражается в следующем виде:[0036] The beam bending formula at this stage is expressed as:
[0037] Проводят фактическое измерение веса единицы объема γ породы кровли, модуля упругости E породы кровли, ширины L и толщины m 0 горной выработки. Вычисляют оседание кровли горной выработки, т.е., максимальный изгиб ω.[0037] Carry out the actual measurement of the weight per unit volume γ of the roof rock, the modulus of elasticity E of the roof rock, the width L and the thickness m 0 of the mine working. Calculate the subsidence of the roof of the mine working, i.e., the maximum bending ω .
[0038] На этапе С вспомогательные материалы анкерного болта и крепежного каната предварительно определяются для эксплуатационных испытаний анкерного болта и крепежного каната; при этом вспомогательные материалы анкерного болта и крепежного каната заранее определяются на основания вспомогательных материалов прилегающих горных выработок в шахтах, а эксплуатационные испытания анкерного болта и крепежного каната включают вытягивание и разрушающую нагрузку.[0038] In step C, anchor bolt and tie line auxiliary materials are pre-determined for performance testing of the anchor bolt and tie line; at the same time, the auxiliary materials of the anchor bolt and the fastening rope are predetermined on the bases of the auxiliary materials of the adjacent mine workings in the mines, and the operational tests of the anchor bolt and the fastening rope include pulling and breaking load.
[0039] Эксплуатационные качества анкерного болта и крепежного каната проверяются посредством испытания на натяжение в помещении. Кривая соотношения вытягивания и напряжения на анкерный болт и крепежный канат строится посредством испытания на натяжение в помещении.[0039] The performance of the anchor bolt and lashing line is tested by indoor pull test. The pull-to-tension curve for the anchor bolt and the lashing line is constructed by means of an indoor pull test.
[0040] На этапе D определяется длина анкерного болта и крепежного каната.[0040] At step D, the length of the anchor bolt and the lashing rope is determined.
[0041] Этап D включает следующие подэтапы.[0041] Step D includes the following sub-steps.
[0042] На подэтапе D1 рассчитывается длина свободной секции анкерного болта и крепежного каната на основании принципа синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната. Максимальное вытягивание δ 1 свободной секции анкерного болта равно максимальному вытягиванию δ 2 свободной секции крепежного каната. Длина свободных секций анкерного болта и крепежного каната определяется по формуле с использованием длины свободной секции, оседания кровли горной выработки и максимального вытягивания: δ 1=L 1×ε 1=δ 2=L 2×ε 2=ω. [0042] In sub-step D1, the length of the free section of the anchor bolt and the anchor line is calculated based on the principle of synergistic deformation stress of the anchor bolt and the anchor line. The maximum extension δ 1 of the free section of the anchor bolt is equal to the maximum extension δ 2 of the free section of the anchoring rope. The length of the free sections of the anchor bolt and the fastening rope is determined by the formula using the length of the free section, the subsidence of the roof of the mine working and the maximum extension: δ 1 = L 1 × ε 1 = δ 2 = L 2 × ε 2 = ω.
[0043] На подэтапе D2 длина анкерного болта и крепежного кабеля специального рассчитываются следующим образом: для расчета длины L b анкерного болта, сначала необходимо определить длину L b0 крепежной секции анкерного болта и длину L b1 открытой секции анкерного болта, затем длина анкерного болта определяется по формуле: L b = L 1 + L b0 + L b1. Для вычисления длины L c крепежного каната сначала определяют длину L c0 его крепежной секции и длину L c1 его открытой секции, а затем вычисляют длину крепежного каната по следующей формуле: L c = L 2 + L c0 + L c1. Значение длины крепежной секции анкерного болта составляет от 0,3 до 0,5 м, а значение длины открытой секции анкерного болта – от 0,1 до 0,3 м. Значение длины крепежной секции крепежного каната составляет от 1 до 1,5 м, а значение длины открытой секции крепежного каната – от 0,2 до 0,3 м.[0043] In sub-step D2, the length of the anchor bolt and the special attachment cable are calculated as follows: to calculate the length L b of the anchor bolt, first determine the length L b0 of the anchor bolt attachment section and the length L b1 of the exposed section of the anchor bolt, then the length of the anchor bolt is determined from formula: L b = L 1 + L b0 + L b1. To calculate the length L c of the lashing rope, first determine the length L c0 of its lashing section and the length L c1 of its open section, and then calculate the length of the lashing rope using the following formula: L c = L 2 + L c0 + L c1. The value of the length of the anchor section of the anchor bolt is from 0.3 to 0.5 m, and the value of the length of the open section of the anchor bolt is from 0.1 to 0.3 m. and the value of the length of the open section of the fastening rope is from 0.2 to 0.3 m.
[0044] На этапе Е выполняется коррекция прочности анкерного болта и крепежного каната. При неудовлетворительности требований к прочности повторяют этап С. Коррекция прочности включает в себя напряжения на анкерный болт и крепежный канат в условиях максимального оседания кровли горной выработки.[0044] At step E, the strength of the anchor bolt and the lashing rope is corrected. If the strength requirements are unsatisfactory, step C is repeated. The strength correction includes the stresses on the anchor bolt and the fastening rope under conditions of maximum subsidence of the roof of the mine working.
[0045] Коррекция прочности анкерного болта и крепежного каната на данном этапе включает соотношение размеров при сопоставлении напряжения на анкерном болте F 1 в условиях максимального оседания кровли горной выработки и разрушающей нагрузки на анкерном болте [F 1 ], и соотношение размеров при сопоставлении напряжения на крепежном канате F 2 при условии максимального оседания кровли горной выработки и разрушающей нагрузки на анкерном болте [F 2 ].[0045] Correction of the strength of the anchor bolt and fastening rope at this stage includes the ratio of dimensions when comparing the stress on the anchor bolt F 1 under conditions of maximum subsidence of the roof of the mine working and the breaking load on the anchor bolt [ F 1 ], and the ratio of dimensions when comparing the stress on the anchor bolt rope F 2 under the condition of maximum subsidence of the roof of the mine working and the breaking load on the anchor bolt [ F 2 ].
[0046] Длина анкерного болта и крепежного каната определяется на основании синергической деформации анкерного болта и крепежного каната таким образом, чтобы опорные характеристики анкерного болта и крепежного каната были полностью задействованы. Таким образом, можно исключить вариант отказа всей рабочей части из-за разрыва анкерного болта или крепежного каната, вызванного избыточным натяжением в результате упущения разницы значений максимального натяжения анкерного болта и крепежного каната при стандартной конструкции опор.[0046] The length of the anchor bolt and the lashing line is determined based on the synergistic deformation of the anchor bolt and the lashing line so that the bearing characteristics of the anchor bolt and the lashing line are fully exploited. Thus, it is possible to exclude the option of failure of the entire working part due to the rupture of the anchor bolt or fastening rope, caused by excessive tension as a result of missing the difference in the values of the maximum tension of the anchor bolt and the fastening rope in the standard design of supports.
[0047] На этапе F определяются интервалы установки анкерного болта и крепежного каната.[0047] At step F, the installation intervals of the anchor bolt and the lashing line are determined.
[0048] Данный этап включает следующие подэтапы.[0048] This step includes the following sub-steps.
[0049] На подэтапе F1 предварительно определяется интервал установки анкерного болта и рассчитывается опорная нагрузка анкерного болта. Предварительное определение интервала установки включает в себя определение количества n b анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки, вычисление опорной нагрузки P b анкерного болта в соответствии с напряжением F 1 на нем при условии максимального оседания кровли горной выработки и фактическом рабочем коэффициенте η b анкерного болта, что выражается в следующем виде: P b =η b n b F 1 .[0049] In sub-step F1, the anchor bolt setting interval is predetermined and the anchor bolt bearing load is calculated. The preliminary determination of the installation interval includes determining the number n b of anchor bolts within a unit of length in the direction of the mine working, calculating the support load P b of the anchor bolt in accordance with the stress F 1 on it, subject to the maximum subsidence of the roof of the mine working and the actual working coefficient η b anchor bolt, which is expressed as follows: P b = η b n b F 1 .
[0050] На подэтапе F2 вычисляется опорная нагрузка, требуемая для крепежного каната, и определяется интервал установки крепежных канатов. Опорная нагрузка P c крепежного каната вычисляется на основании следующей формулы: P c =P 0 -P b. Количество n c крепежных канатов в рамках единицы длины в направлении горной выработки вычисляют по фактическому рабочему коэффициенту η c анкерного каната и напряжению F 2 на нем при условии максимального оседания кровли горной выработки, что выражается в следующем виде:[0050] In sub-step F2, the support load required for the lashing rope is calculated and the installation interval of the lashing lines is determined. The support load P c of the lashing rope is calculated based on the following formula: P c = P 0 - P b. The number n c of fastening ropes within a unit of length in the direction of the mine working is calculated from the actual working coefficient η c of the anchor rope and the stress F 2 on it under the condition of maximum subsidence of the roof of the mine working, which is expressed as follows:
[0051] Интервал установки крепежных канатов определяется по количеству n c анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки.[0051] The installation interval of the anchoring ropes is determined by the number n c of anchor bolts within a unit length in the direction of the mine working.
[0052] На подэтапе F3 проводится проверка рациональности интервалов установки анкерных болтов и крепежных канатов. Если количество n c анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки больше количества n b анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки, подэтап F1 повторяется.[0052] At sub-step F3, a check is made for the rationality of the intervals for installing anchor bolts and lashing lines. If the number n c of anchor bolts within a unit length in the mine working direction is greater than the number n b of anchor bolts within a unit length in the mine working direction, sub-step F1 is repeated.
[0053] Максимальная несущая способность анкерного болта и крепежного каната представляет собой фактическое напряжение в случае, если максимальное оседание кровли имеет предельное значение, что измеряется путем испытания, и таким образом происходит полное задействование характеристик анкерного болта и крепежного каната. Таким образом разрешается противоречие, заключающееся в том, что усилия анкерного крепления вычисляются как максимальные значения при проектировании опор анкерного болта и крепежного каната, а оба они не могут иметь максимальные значения одновременно в практическом проектировании. Следовательно, опорные параметры анкерного болта и крепежного каната становятся точнее.[0053] The maximum bearing capacity of the anchor bolt and lashing line is the actual stress in case the maximum roof settlement is at the limit value, as measured by testing, and thus the full performance of the anchor bolt and lashing line is used. Thus, the contradiction is resolved, which consists in the fact that the anchoring forces are calculated as maximum values in the design of anchor bolt and fastening rope supports, and both of them cannot have maximum values simultaneously in practical design. Therefore, the reference parameters of the anchor bolt and the lashing rope become more accurate.
[0054] На этапе G составляют расчетный чертеж опор, анкерный болт и крепежный канат устанавливаю в кровлю, измеряют напряжения, воздействующие на них, и контролируют нагрузку на перекрытие кровли. Таким образом, проверяется опорный эффект и обеспечивается безопасность опор горной выработки. Расчетный чертеж опор составляется в соответствии с результатами расчета на этапах A-F на основании расчетного чертежа профиля горной выработки, упрощая использование при проектировании и строительстве. Согласно этому методу получаемые длины анкерного болта и крепежного каната рассчитываются рациональнее, и вследствие этого предотвращается перерасход опорного материала из-за избыточной длины анкерного болта или крепежного каната, а также риск возможного обрушения кровли из-за слишком малой длины анкерного болта и крепежного каната.[0054] At step G, a calculation drawing of the supports is made, the anchor bolt and the fastening rope are installed in the roof, the stresses acting on them are measured, and the load on the roof overlap is controlled. In this way, the support effect is checked and the safety of the mine working supports is ensured. The calculation drawing of the supports is compiled in accordance with the results of the calculation in stages A-F based on the calculation drawing of the excavation profile, simplifying the use in design and construction. According to this method, the obtained lengths of the anchor bolt and anchor line are more rationally calculated, and as a result, excessive consumption of support material due to excessive length of the anchor bolt or anchor cable, as well as the risk of possible collapse of the roof due to too short length of the anchor bolt and anchor cable, is prevented.
[0055] Пример 2[0055] Example 2
[0056] Конкретная реализация метода обеспечения опоры за счет синергического напряжения деформации анкерного болта и крепежного каната по настоящему изобретению описывается далее вместе с проектным вариантом шахты в данном примере. Шахта включает основной угольный пласт 3-1 со средней толщиной 3,6 м, положение угольного пласта является устойчивым, изменение толщины наблюдается редко. Пласт породы кровли последовательно включает в себя слой песчаного сланца со средней толщиной около 1,4 м, слой мелкозернистого песчаника со средней толщиной около 2,8 м и слой алеврита со средней толщиной около 7 м снизу вверх. В нижней части пробивается вспомогательная транспортировочная горная выработка прямоугольного сечения с размерами 4,6 (ширина) × 3,6 м (высота). Как показано на ФИГ. 1, объединенная опорная конструкция анкерного болта и крепежного каната реализуется на следующих этапах.[0056] A specific implementation of the method of providing support due to the synergistic stress deformation of the anchor bolt and the lashing line of the present invention is described below along with the design option of the mine in this example. The mine includes the main coal seam 3-1 with an average thickness of 3.6 m, the position of the coal seam is stable, and the change in thickness is rarely observed. The roof rock layer successively includes a sand shale layer with an average thickness of about 1.4 m, a fine-grained sandstone layer with an average thickness of about 2.8 m, and a silt layer with an average thickness of about 7 m from bottom to top. In the lower part, an auxiliary transport excavation of a rectangular section with dimensions of 4.6 (width) × 3.6 m (height) breaks through. As shown in FIG. 1, the combined support structure of the anchor bolt and lashing line is realized in the following steps.
[0057] На этапе A определяется область повреждения окружающих пород горной выработки и рассчитывается опорная нагрузка, необходимая для этих пород.[0057] At step A, the area of damage to the surrounding rocks of the mine working is determined and the support load required for these rocks is calculated.
[0058] В соответствии с обстановкой при внутриобъектовом проектировании зона пластической деформации b кровли горной выработки обеспечивается с размером 1,8 м посредством метода скважинного телевизионного обнаружения. На основании гипотезы подвешивания анкерный болт и крепежный канат должны выдерживать вес поврежденных окружающих пород. Таким образом, требуется определение опорной нагрузки P 0 , требуемой на единицу длины в 1 метр (см. фиг.3) в направлении горной выработки. Предполагается, что коэффициент прочности k – 3, единица веса пород кровли γ – 25 кН/м3, зона пластической деформации b – 1,8 м, ширина горной выработки – 4,6 м. Опорную нагрузку можно рассчитать по формуле: P 0 =kγbD=3×25×1,8×4,6=621 кН.[0058] According to the situation in the in-house design, the plastic deformation zone b of the roof of the mine working is provided with a size of 1.8 m by the downhole television detection method. Based on the suspension hypothesis, the anchor bolt and lashing line must support the weight of the damaged surrounding rock. Thus, it is required to determine the support load P 0 required per unit length of 1 meter (see figure 3) in the direction of the mine. It is assumed that the strength factor k is 3, the unit weight of the roof rocks γ is 25 kN / m 3 , the plastic deformation zone b is 1.8 m, the width of the mine working is 4.6 m. The support load can be calculated by the formula: P 0 = kγbD =3×25×1.8×4.6=621 kN.
[0059] На этапе В проводят оценку оседания кровли горной выработки. Максимальный изгиб, т.е. максимальное оседание кровли горной выработки, рассчитывается по формуле изгиба балки.[0059] At step B, an assessment is made of subsidence of the roof of the mine working. Maximum bend, i.e. the maximum subsidence of the roof of the mine working is calculated by the beam bending formula.
[0060] На основании фактических измерений единица веса γ породы кровли – 25 Н/м3, модуль упругости E породы кровли – 455 Па, ширина горной выработки L – 4,6 м и толщина m 0 породы кровля – 1,8 м. Вычисляют оседание кровли горной выработки, т.е., максимальный изгиб ω.[0060] Based on actual measurements, the weight unit γ of the roof rock is 25 N/m 3 , the elastic modulus E of the roof rock is 455 Pa, the mine working width L is 4.6 m, and the thickness m 0 of the roof rock is 1.8 m. Calculate subsidence of the roof of the mine working, i.e., maximum bending ω .
[0061] Оседание кровли рассчитывается по формуле изгиба балки: 
[0062] На этапе C проводится предварительная проверка характеристик материалов опоры анкерного болта и крепежного каната. Предварительная проверка характеристик опорных материалов анкерного болта и крепежного каната проводится на основании материалов опоры смежных шахтных горных выработок вместе с фактическими инженерно-техническими методами. Анкерный болт кровли определяется как деформируемый стальной анкерный болт с диаметром 20 мм и крепежный канат – как стальной вантовый крепежный канат с диаметром 17,8 мм. Посредством испытаний на натяжение анкерного болта и крепежного каната получены значения вытягивания и разрушающей нагрузки анкерного болта и крепежного каната: вытягивание ε1 анкерного болта – 18,8 % и разрушающая нагрузка [F1] анкерного болта– 149 кН; вытягивание ε2 крепежного каната – 6,1 % и разрушающая нагрузка [F2] крепежного каната – 348 кН.[0062] At step C, a preliminary check of the characteristics of the materials of the anchor bolt support and the lashing rope is carried out. A preliminary check of the characteristics of the support materials of the anchor bolt and the lashing line is carried out on the basis of the support materials of adjacent mine workings together with the actual engineering methods. The roof anchor bolt is defined as a deformable steel anchor bolt with a diameter of 20 mm and a tie-down cable as a steel cable-stayed tie-down rope with a diameter of 17.8 mm. By means of tension tests of the anchor bolt and fastening rope, the values of pulling and breaking load of the anchor bolt and fastening rope were obtained: pulling ε 1 of the anchor bolt - 18.8% and breaking load [F 1 ] of the anchor bolt - 149 kN; pulling ε 2 fastening rope - 6.1% and breaking load [F 2 ] fastening rope - 348 kN.
[0063] На этапе D определяется длина анкерного болта и крепежного каната.[0063] At step D, the length of the anchor bolt and the lashing rope is determined.
[0064] Данный этап включает следующие подэтапы.[0064] This step includes the following sub-steps.
[0065] На подэтапе D1 определяется длина свободных секций анкерного болта и крепежного каната. Длина свободных секций была рассчитана на основании принципа синергической деформации анкерного болта и крепежного каната. Максимальное вытягивание δ 1 свободной секции анкерного болта равно максимальному вытягиванию δ 2 свободной секции крепежного каната. Длина свободных секций анкерного болта и крепежного каната определяется по формуле соотношения длины свободной секции, оседания кровли горной выработки и максимального вытягивания: δ 1=L 1×ε 1=δ 2=L 2×ε 2=ω. Таким образом, длина свободной секции анкерного болта рассчитана как 
[0066] На подэтапе D2 длина анкерного болта и крепежного кабеля специального рассчитываются следующим образом: для расчета длины L b анкерного болта, сначала необходимо определить длину L b0 крепежной секции анкерного болта и длину L b1 открытой секции анкерного болта, затем длина анкерного болта определяется по формуле: L b = L 1 + L b0 + L b1. Для вычисления длины L c крепежного каната сначала определяют длину L c0 его крепежной секции и длину L c1 его открытой секции, а затем вычисляют длину крепежного каната по следующей формуле: L c = L 2 + L c0 + L c1. Вместе с условиями для установки опор смежных шахтных выработок рассчитана длина анкерного болта как L b=L 1+L b0+L b1=1,4+0,4+0,2=2,0 м и длина крепежного каната как L c=L 2+L c0+L c1=4,4+1,5+0,3=6,2 м. Значение длины крепежной секции анкерного болта составляет 0,3-0,5 м и значение длины открытой секции анкерного болта составляет 0,1-0,3 м; значение длины крепежной секции крепежного каната составляет 1-1,5 м и значение длины открытой секции крепежного каната составляет 0,2-0,3 м.[0066] In sub-step D2, the length of the anchor bolt and the special fastening cable are calculated as follows: to calculate the length L b of the anchor bolt, first determine the length L b0 of the anchor bolt's fastening section and the length L b1 of the open section of the anchor bolt, then the length of the anchor bolt is determined from formula: L b = L 1 + L b0 + L b1. To calculate the length L c of the lashing rope, first determine the length L c0 of its lashing section and the length L c1 of its open section, and then calculate the length of the lashing rope using the following formula: L c = L 2 + L c0 + L c1. Together with the conditions for installing supports of adjacent mine workings, the length of the anchor bolt was calculated as L b = L 1 + L b0 + L b1 = 1.4 + 0.4 + 0.2 = 2.0 m and the length of the fastening rope as L c = L 2 + L c0 + L c1 \u003d 4.4 + 1.5 + 0.3 \u003d 6.2 m. The value of the length of the fastening section of the anchor bolt is 0.3-0.5 m and the value of the length of the open section of the anchor bolt is 0 .1-0.3 m; the value of the length of the fastening section of the fastening rope is 1-1.5 m and the value of the length of the open section of the fastening rope is 0.2-0.3 m.
[0067] На этапе E определяется прочность анкерного болта и крепежного каната. При несоблюдении требований к прочности повторяют этап С. Коррекция прочности включает в себя напряжения на анкерный болт и крепежный канат в условиях максимального оседания кровли горной выработки.[0067] At step E, the strength of the anchor bolt and the lashing rope is determined. If the strength requirements are not met, step C is repeated. The strength correction includes the stresses on the anchor bolt and the fastening rope under conditions of maximum subsidence of the roof of the mine working.
[0068] Коррекция прочности анкерного болта и крепежного каната на данном этапе включает соотношение размеров при сопоставлении напряжения на анкерном болте F 1 в условиях максимального оседания кровли горной выработки и разрушающей нагрузки на анкерном болте [F 1 ], и соотношение размеров при сопоставлении напряжения на крепежном канате F 2 при условии максимального оседания кровли горной выработки и разрушающей нагрузки на анкерном болте [F 2 ]. В случае максимального оседания кровли горной выработки – 0,237 м анкерный болт и крепежный канат соответственно подвергаются натяжению 115 кН и 230 кН, что не превышает разрушающую нагрузку анкерного болта и крепежного каната. При этом, используется подходящая длина анкерного болта и крепежного каната.[0068] Correction of the strength of the anchor bolt and fastening rope at this stage includes the ratio of dimensions when comparing the stress on the anchor bolt F 1 under conditions of maximum subsidence of the roof of the mine working and the breaking load on the anchor bolt [ F 1 ], and the ratio of dimensions when comparing the stress on the anchor bolt rope F 2 under the condition of maximum subsidence of the roof of the mine working and the breaking load on the anchor bolt [ F 2 ]. In the case of maximum subsidence of the roof of the mine working - 0.237 m, the anchor bolt and fastening rope are respectively subjected to tension of 115 kN and 230 kN, which does not exceed the breaking load of the anchor bolt and fastening rope. In this case, a suitable length of anchor bolt and fastening rope is used.
[0069] Длина анкерного болта и крепежного каната определяется на основании синергической деформации анкерного болта и крепежного каната таким образом, чтобы опорные характеристики анкерного болта и крепежного каната были полностью задействованы. Таким образом, можно исключить вариант отказа всей рабочей части из-за разрыва анкерного болта или крепежного каната, вызванного избыточным натяжением в результате упущения разницы значений максимального натяжения анкерного болта и крепежного каната при стандартной конструкции опор.[0069] The length of the anchor bolt and the lashing line is determined based on the synergistic deformation of the anchor bolt and the lashing line so that the bearing characteristics of the anchor bolt and the lashing line are fully utilized. Thus, it is possible to exclude the option of failure of the entire working part due to the rupture of the anchor bolt or fastening rope, caused by excessive tension as a result of missing the difference in the values of the maximum tension of the anchor bolt and the fastening rope in the standard design of supports.
[0070] На этапе F определяются интервалы установки анкерного болта и крепежного каната.[0070] At step F, the installation intervals of the anchor bolt and the lashing line are determined.
[0071] Данный этап включает следующие подэтапы.[0071] This step includes the following sub-steps.
[0072] На подэтапе F1 предварительно определяется интервал установки анкерного болта и рассчитывается опорная нагрузка анкерного болта. В данном примере интервал установки анкерного болта предварительно определяется как 1 × 1 м согласно раннее определенным опорным параметрам шахты. Предварительное определение интервала установки анкерного болта включает определение количества n c анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки как пять. Предполагается, что напряжение на анкерном болте F 1 при условии максимального оседания кровли горной выработки принято как 115 кН, фактический рабочий коэффициент η b анкерного болта – как 0,7. Опорную нагрузку P b анкерного болта рассчитывают как P b =η b n b F 1 =0,7×5×115=402,5 кН. Таким образом, опорная нагрузка P b анкерного болта составляет 402,5 кН.[0072] In sub-step F1, the anchor bolt installation interval is predetermined and the anchor bolt bearing load is calculated. In this example, the anchor bolt spacing is predetermined as 1 x 1 m according to the predetermined shaft reference parameters. Preliminary determination of the anchor bolt installation interval includes determining the number n c of anchor bolts within a unit length in the direction of the mine working as five. It is assumed that the stress on the anchor bolt F 1 under the condition of maximum subsidence of the roof of the mine working is taken as 115 kN, the actual working coefficient η b of the anchor bolt is 0.7. The support load P b of the anchor bolt is calculated as P b = η b n b F 1 =0.7×5×115=402.5 kN. Thus, the bearing load P b of the anchor bolt is 402.5 kN.
[0073] На подэтапе F2 вычисляется опорная нагрузка, требуемая для крепежного каната, и определяется интервал установки крепежных канатов. Опорная нагрузка P c крепежного каната вычисляется на основании следующей формулы: P c =P 0 -P b =621-402,5=218,5 кН . Количество n c крепежных канатов в рамках единицы длины в направлении горной выработки вычисляется по фактическому рабочему коэффициенту η c крепежного каната и напряжению на крепежный канат F 2 при условии максимального оседания кровли горной выработки, что выражается как:[0073] In sub-step F2, the support load required for the lashing rope is calculated and the installation interval of the lashing lines is determined. The support load P c of the fastening rope is calculated based on the following formula: P c = P 0 - P b = 621-402.5 = 218.5 kN . The number n c of fastening ropes within a unit length in the direction of the mine working is calculated from the actual working coefficient η c of the fastening rope and the tension on the fastening rope F 2 under the condition of maximum subsidence of the roof of the mine working, which is expressed as:
[0074] Количество n c крепежных канатов в рамках единицы длины в направлении горной выработки принимается 1,5 в соответствии с фактическими условиями. Таким образом, интервал установки крепежных канатов определяется как 1,8 м×2,0 м.[0074] The number n c of the fastening ropes within a unit length in the direction of the mine working is assumed to be 1.5 in accordance with the actual conditions. Thus, the installation interval of the fixing ropes is determined as 1.8 m × 2.0 m.
[0075] На подэтапе F3 проводится проверка рациональности интервалов установки анкерных болтов и крепежных канатов. Если количество n c анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки больше количества n b анкерных болтов в рамках единицы длины в направлении горной выработки, подэтап F1 повторяется. Основываясь на результате расчета выше, интервал установки анкерных болтов составляет 1 м×1 м, а интервал установки крепежных канатов составляет 1,8 м×2,0 м. Интервал установки анкерных болтов меньше, чем интервал установки крепежных канатов. Таким образом, расчетные интервалы установки анкерных болтов и крепежных канатов являются удовлетворительными, а расчетные опорные параметры являются рациональными.[0075] At sub-step F3, a check is made for the rationality of the intervals for installing anchor bolts and lashing ropes. If the number n c of anchor bolts within a unit length in the mine working direction is greater than the number n b of anchor bolts within a unit length in the mine working direction, sub-step F1 is repeated. Based on the calculation result above, the anchor bolt installation interval is 1 m×1 m, and the anchor rope installation interval is 1.8 m×2.0 m. The anchor bolt installation interval is shorter than the anchor rope installation interval. Thus, the calculated installation intervals of anchor bolts and fastening ropes are satisfactory, and the calculated support parameters are rational.
[0076] Максимальная несущая способность анкерного болта и крепежного каната представляет собой фактическое напряжение в случае, если максимальное оседание кровли имеет предельное значение, что измеряется путем испытания, и таким образом происходит полное задействование характеристик анкерного болта и крепежного каната. Таким образом разрешается противоречие, заключающееся в том, что усилия анкерного крепления вычисляются как максимальные значения при проектировании опор анкерного болта и крепежного каната, а оба они не могут иметь максимальные значения одновременно в практическом проектировании. Следовательно, опорные параметры анкерного болта и крепежного каната становятся точнее.[0076] The maximum bearing capacity of the anchor bolt and the anchor line is the actual stress in case the maximum roof settlement has a limit value, which is measured by testing, and thus the characteristics of the anchor bolt and the anchor line are fully exploited. Thus, the contradiction is resolved, which consists in the fact that the anchoring forces are calculated as maximum values in the design of anchor bolt and fastening rope supports, and both of them cannot have maximum values simultaneously in practical design. Consequently, the reference parameters of the anchor bolt and the lashing rope become more accurate.
[0077] На этапе G составляют расчетный чертеж опор. Окончательное решение в обеспечении опоры для кровли горной выработки заключается в соединении, поддерживающем анкерный болт и крепежный канат в соответствии с результатами расчетов на этапах A-F. Анкерный болт представляет собой деформированный стальной анкерный болт длиной 2,0 м и диаметром 20 мм. Интервал установки анкерных болтов определяется как 1 м×1 м, исходя из размера секции выработки 4,6×3,6 м, а анкерные болты располагаются в прямоугольной форме. Крепежный канат изготавливается из высокопрочных прядей с низкой релаксацией, из предварительно напряженной стали, длиной 6,2 м и диаметром 17,8 мм. Интервал установки крепежных канатов составляет 1,8 м×2,0 м, а расположение предусматривается в прямоугольной форме. Расчетный чертеж опор составляется как показано на ФИГ. 2 и 3 для использования в строительстве.[0077] At step G, a calculation drawing of the supports is made. The final decision to support the roof of the excavation lies in the connection that supports the anchor bolt and the lashing line, in accordance with the results of the calculations in steps A-F. The anchor bolt is a deformed steel anchor bolt with a length of 2.0 m and a diameter of 20 mm. Anchor bolt spacing is defined as 1m×1m based on the mine section size of 4.6m×3.6m, and the anchor bolts are arranged in a rectangular shape. The lashing rope is made from high strength, low relaxation strands, prestressed steel, 6.2 m long and 17.8 mm in diameter. The installation interval of the lashing ropes is 1.8 m×2.0 m, and the arrangement is provided in a rectangular shape. The design drawing of the supports is drawn up as shown in FIG. 2 and 3 for use in construction.
[0078] После проектирования опор и строительства на площадке производится контроль приложения на анкерный болт максимальной нагрузки в 82 кН и приложения на крепежный канат максимальной нагрузки в 187 кН, а также наличия сдвига кровли на 56 мм. Благодаря удовлетворительному опорному эффекту, отказ рабочей части и обрушение кровли не происходят. Таким образом, отмечается, что длины анкерных болтов и крепежных канатов, рассчитанные в соответствии с методом, являются более рациональными. Таким образом, предотвращается перерасход опорного материала из-за избыточной длины анкерного болта или крепежного каната, а также риск возможного обрушения кровли из-за слишком малой длины анкерного болта или крепежного каната.[0078] After the design of the supports and construction on site, the application of the maximum load of 82 kN on the anchor bolt and the application of the maximum load of 187 kN on the lashing rope, as well as the presence of a roof shift of 56 mm, are monitored. Due to a satisfactory supporting effect, the failure of the working part and the collapse of the roof do not occur. Thus, it is noted that the lengths of anchor bolts and fastening ropes, calculated in accordance with the method, are more rational. In this way, overuse of the support material due to an excessive length of the anchor bolt or fastening rope, as well as the risk of a possible collapse of the roof due to too short an anchor bolt or fastening rope, is prevented.
[0079] Разумеется, вышеприведенные описания не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается вышеприведенными примерами. Изменения, модификации, дополнения или замены, производимые специалистами в области техники в рамках объема настоящего изобретения, должны входить в объем правовой охраны настоящего изобретения.[0079] Of course, the above descriptions are not intended to limit the present invention. The present invention is not limited to the above examples. Changes, modifications, additions or substitutions made by those skilled in the art within the scope of the present invention shall fall within the scope of the present invention.
Claims (28)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811300199.4A CN109339834B (en) | 2018-11-02 | 2018-11-02 | A kind of method for protecting support of anchor pole-anchor cable cooperative transformation stress |
| CN201811300199.4 | 2018-11-02 | ||
| PCT/CN2019/086733 WO2020087906A1 (en) | 2018-11-02 | 2019-05-14 | Anchor bolt–anchor cable cooperative deformation and force bearing support method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020117180A RU2020117180A (en) | 2021-11-25 |
| RU2020117180A3 RU2020117180A3 (en) | 2021-11-25 |
| RU2765905C2 true RU2765905C2 (en) | 2022-02-04 |
Family
ID=65313816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117180A RU2765905C2 (en) | 2018-11-02 | 2019-05-14 | Method for providing support due to synergetic deformation strain of anchor bolt and fastening rope |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109339834B (en) |
| RU (1) | RU2765905C2 (en) |
| WO (1) | WO2020087906A1 (en) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109339834B (en) * | 2018-11-02 | 2019-09-24 | 山东科技大学 | A kind of method for protecting support of anchor pole-anchor cable cooperative transformation stress |
| CN110334481A (en) * | 2019-07-30 | 2019-10-15 | 中国航发沈阳发动机研究所 | A kind of cold test device damping screen twine calculation method for stress |
| CN110593924B (en) * | 2019-09-26 | 2020-07-03 | 中国矿业大学 | Support method based on full life cycle of mining roadway |
| CN110580399B (en) * | 2019-09-26 | 2023-06-23 | 山东科技大学 | Method for determining pretightening force of anchor cable of roof of coal mine tunnel |
| CN111259542B (en) * | 2020-01-15 | 2024-03-08 | 中国矿业大学 | Calculation method for impact resistance of tunnel roof anchoring support |
| CN111255492B (en) * | 2020-01-15 | 2021-04-09 | 中国矿业大学 | Method for evaluating support performance of anchor net cable at roadway side |
| CN111691906B (en) * | 2020-05-12 | 2021-09-03 | 同济大学 | Operating tunnel anchor rod reinforcing method |
| CN111912724B (en) * | 2020-06-19 | 2023-01-24 | 山东科技大学 | Similar simulation test method for large-deformation anchor rod roadway support design |
| CN111898193B (en) * | 2020-08-21 | 2024-01-30 | 南通大学 | Comprehensive experience determination method for design parameters of yielding anchor rod |
| CN112129637A (en) * | 2020-10-20 | 2020-12-25 | 湖南科技大学 | Method for evaluating working state of coal mine tunnel anchor rod |
| CN112664247A (en) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 山东科技大学 | Support system and method for forming mining area rectangular roadway roof combined rock beam |
| CN112733293B (en) * | 2021-01-11 | 2023-12-22 | 西安科技大学 | Calculation method for head anchor bolts of underground coal mine rubber belt conveyor |
| CN113605925A (en) * | 2021-06-25 | 2021-11-05 | 安徽理工大学 | Coal mine large-section open-off-cut one-time roadway forming method |
| CN113719285B (en) * | 2021-09-23 | 2023-08-22 | 太原理工大学 | Pile-spraying concrete gob-side entry retaining method for fully-mechanized caving face |
| CN114818046B (en) * | 2022-03-16 | 2024-04-05 | 湖南大学 | Method for determining foundation pit safety of deformation super-early-warning-value pile anchor supporting structure |
| CN114707225B (en) * | 2022-04-25 | 2024-05-28 | 中铁城建集团有限公司 | Foundation pit supporting performance evaluation method and device considering water level fluctuation and supporting aging |
| CN116357347B (en) * | 2023-03-31 | 2024-02-02 | 重庆建工集团股份有限公司 | Control method for large deformation surrounding rock of tunnel high-ground-stress soft rock |
| CN116204968B (en) * | 2023-05-05 | 2023-07-04 | 中国矿业大学(北京) | Anchor rod and anchor agent and surrounding rock coupling effect anchor rod anchoring performance determining method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4052860A (en) * | 1974-12-09 | 1977-10-11 | Environmental Engineering Dr. Ing. Alterman Ltd. | Construction of underground tunnels and rock chambers |
| SU989083A1 (en) * | 1981-06-12 | 1983-01-15 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Геологоразведочный Институт Им.С.Орджоникидзе | Method of driving large-section workings |
| CN105134269B (en) * | 2015-08-17 | 2017-05-10 | 河南理工大学 | Control method for roadway surrounding rock achieving cooperative load bearing by enabling anchor cables to penetrate through sheds |
| CN108060942A (en) * | 2017-12-11 | 2018-05-22 | 中国矿业大学(北京) | A kind of roadway surrounding rock destroys the anchor pole rope method for protecting support of monitoring |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU712506A1 (en) * | 1978-07-19 | 1980-01-30 | Карагандинский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Anchor |
| DE3737393A1 (en) * | 1987-11-04 | 1989-05-18 | Strabag Bau Ag | TENSIONER FROM FIBER COMPOSITE MATERIALS AND METHOD AND DEVICE FOR TENSIONING AND ANCHORING SUCH A TENSIONER |
| EP0532441A1 (en) * | 1991-09-12 | 1993-03-17 | Techniport S.A. | Method for consolidating tunnel walls, gallery walls, or the like, anchoring bolt for carrying out the method, and method for making such anchoring bolts |
| CN102937030B (en) * | 2012-11-26 | 2015-06-10 | 山东大学 | Bolting-grouting integrated support method for zonal disintegration of deep roadway surrounding rock |
| CN103195453B (en) * | 2013-04-16 | 2015-04-29 | 中国矿业大学 | Parameter determination method for bolt supporting based on roadway bearing structure |
| CN104453960B (en) * | 2014-10-01 | 2016-10-05 | 西安科技大学 | Containing sliding deformation laneway support method wrong outside soft dirt band thickness coal seam |
| CN104533483A (en) * | 2014-12-24 | 2015-04-22 | 中国矿业大学(北京) | Roadway total-space prestress truss, anchor cable and anchor rod coordinated supporting method |
| CN106050283B (en) * | 2016-05-14 | 2018-02-06 | 西安科技大学 | A kind of three soft coal layer re-exploration laneway support design method and device |
| CN109339834B (en) * | 2018-11-02 | 2019-09-24 | 山东科技大学 | A kind of method for protecting support of anchor pole-anchor cable cooperative transformation stress |
-
2018
- 2018-11-02 CN CN201811300199.4A patent/CN109339834B/en active Active
-
2019
- 2019-05-14 RU RU2020117180A patent/RU2765905C2/en active
- 2019-05-14 WO PCT/CN2019/086733 patent/WO2020087906A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4052860A (en) * | 1974-12-09 | 1977-10-11 | Environmental Engineering Dr. Ing. Alterman Ltd. | Construction of underground tunnels and rock chambers |
| SU989083A1 (en) * | 1981-06-12 | 1983-01-15 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Геологоразведочный Институт Им.С.Орджоникидзе | Method of driving large-section workings |
| CN105134269B (en) * | 2015-08-17 | 2017-05-10 | 河南理工大学 | Control method for roadway surrounding rock achieving cooperative load bearing by enabling anchor cables to penetrate through sheds |
| CN108060942A (en) * | 2017-12-11 | 2018-05-22 | 中国矿业大学(北京) | A kind of roadway surrounding rock destroys the anchor pole rope method for protecting support of monitoring |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020087906A1 (en) | 2020-05-07 |
| RU2020117180A (en) | 2021-11-25 |
| RU2020117180A3 (en) | 2021-11-25 |
| CN109339834B (en) | 2019-09-24 |
| CN109339834A (en) | 2019-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2765905C2 (en) | Method for providing support due to synergetic deformation strain of anchor bolt and fastening rope | |
| Ansell | Investigation of shrinkage cracking in shotcrete on tunnel drains | |
| Zheng et al. | Concept and design methodology of redundancy in braced excavations | |
| CN108999088A (en) | A kind of construction method of cable-stayed bridge | |
| Pytlik | Comparative bench testing of steel arch support systems with and without rock bolt reinforcements | |
| You et al. | Development of improved exposed column-base plate strong-axis joints of low-rise steel buildings | |
| CN112483121A (en) | Anti-loosening support method for columnar joint surrounding rock of underground cavern | |
| Gasii et al. | Testing of the combined structural elements of support of a mine opening | |
| Yuan et al. | A study on the mechanism and controlling techniques of roadway deformations under high in situ stress conditions | |
| Гасій et al. | Laboratory testing the combined elongate structural elements of support of a mine opening | |
| Sharma | Performance based approach for anchorage in concrete construction | |
| Xin et al. | Study on the sickle anchoring joint in external prestressing strengthening of portal frame | |
| Ismail et al. | Out-of-plane testing of seismically retrofitted URM walls using posttensioning | |
| CN108999073A (en) | A kind of cable-stayed bridge | |
| Jeon et al. | Lifting Test and Analysis of a Segmented Arch System with Outrigger Ribs and Flexural Loading Tests of Precast Panels | |
| Yan et al. | Behaviour of H-section purlin connections in resisting progressive collapse of roofs | |
| Yang et al. | Experimental investigation on seismic behavior of the precast shear wall systems with different connection methods under the coupling action of axial tension and cyclic horizontal load | |
| Carvallo et al. | Behavior of Reinforced Concrete Buildings in Viña del Mar: Lessons of February 27th 2010 Earthquake | |
| Nguyen et al. | Solutions for reinforcing steel structures of industrial plants without using welded bonding | |
| CN112733293B (en) | Calculation method for head anchor bolts of underground coal mine rubber belt conveyor | |
| Nemcik et al. | Geotechnical assessment of polymeric materials as skin reinforcement in underground mines | |
| Yue et al. | Seismic performance of joints of prefabricated corrugated steel utility tunnels Part (I)–Experimental analysis | |
| CN118128070A (en) | Reversal-inclination soft-hard interbedded high slope reinforcing structure and monitoring device | |
| Yanagimura | Performance of Pillar Wrapping Cable Slings in Block Cave Mines | |
| CN115653687A (en) | Newton force monitoring and early warning method for fault monitoring |