Статья

Наименование	Математические модели устойчивости и прочности анкера при закреплении породного массива под действием нагрузки
Авторы	Дрипан П. С., ст. преп.
Раздел	Науки о земле
Год	2020	Выпуск	63	Страницы	31 - 40
УДК	622.281.74			EDN	RMUTQE
Аннотация	Дан краткий анализ существующих способов и конструкций анкерной крепи. Предложен новый способ закрепления породного массива горной выработки анкером большего диаметра, чем диаметр шпура, при воздействии на него статической и ударной нагрузок. Приведены математические модели устойчивости и напряженно-деформированного состояния анкера и породного массива, которые позволят выбрать параметры устройства, обеспечивающие надежное закрепление породного массива.
Реферат	Цель. Раскрытие закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) в системе «анкер — породный массив» при установке бесклеевым способом на контуре горной выработки стального анкера с большим диаметром, чем диаметр направляющего шпура, под действием статической и ударной нагрузок с учетом сопротивлений его перемещению в осевом направлении и боковой поверхности, а также протекающих волновых процессов для обоснования параметров устройства, обеспечивающих надежное закрепление породного массива. Методика. Разработка математических моделей устойчивости анкера при установке в породный массив и напряженно-деформированного состояния анкера с учетом волновых процессов. Исследование прочности анкера и вмещающих пород под действием нагрузки с учетом коэффициента динамичности. Результаты. Выполнен анализ применения известных конструкций анкеров в условиях шахт Донецкого угольного бассейна. Предложен новый способ закрепления породного массива, который заключается в использовании анкера большего диаметра, чем диаметр шпура, под действием нагрузки. Приведены математические модели устойчивости анкера при закреплении породного массива горной выработки, которые позволяют определить его геометрические параметры и механические характеристики, а также НДС анкера и породного массива с учетом осевого сопротивления, бокового трения и волновых процессов — выбрать параметры устройства, обеспечивающие необходимую нагрузку на анкер, надежное закрепление породного массива. Научная новизна. Получены основные результаты исследований для максимального контактного давления, статической нагрузки и эквивалентных напряжений, возникающих в горных породах, последние из которых не превосходят своих предельных значений. Практическая значимость. Полученные зависимости позволяют рассчитать параметры нового способа закрепления анкера в породном массиве. Приведенные результаты исследований будут использованы в дальнейшем для определения НДС системы «анкер — породный массив» с учетом статической, ударной нагрузок и волновых процессов, полученных в лабораторных и шахтных условиях, обоснования параметров устройства, обеспечивающих надежное закрепление породного массива, прочность и устойчивость горных выработок угольных шахт.
Ключевые слова	породный массив, анкер, шпур, нагрузка, деформация, напряжение, математическая модель.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Булат, А. Ф. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт [Текст] / А. Ф. Булат, В. В. Виноградов. — Днепропетровск: Вильпо, 2010. — 372 с. 2. СОУ 10.1.05411357.010:2014. Система обеспечения надежного и безопасного функционирования горных выработок с анкерным креплением. Общие технические требования. — 84 с. 3. СТП (02070826) (26319481). Методика определения параметров анкерных породо-армирующих систем для обеспечения устойчивости горных выработок [Текст] / Н. Н. Касьян [и др.]. — Донецк — Доброполье, 2010. — 27 с. 4. Широков, А. П. Теория и практика применения анкерной крепи [Текст] / А. П. Широков. — М.: Недра, 2012. — 381 с. 5. Харрелл, М. В. Новый гидравлический способ установки анкерных болтов [Текст] / М. В. Харрелл // Mining Congress Journal. — 1971. — № 6. 6. Пат. 55763 Украина, МПК Е 21 D 20/00. Способ установки анкера / Н. Н. Касьян, А. О. Новиков, Ю. А. Петренко, П. С. Дрипан, И. Н. Шестопалов, С. Ю. Гладкий, Д. Д. Выговский; заявитель и патентообладатель Донецкий нац. техн. ун-т. — № u200901503; заявл. 23.02.2009; опубл. 25.06.2009, Бюл. № 12. — 6 с. 7. Прочность. Устойчивость. Колебания [Текст]. Т. 1 / под общ. ред. И. А. Биргера и Я. Г. Пановко. — М.: Машиностроение, 1968 — 831 с. 8. Дрипан, П. С. Устойчивость анкера при установке в породный массив под действием динамической нагрузки [Текст] / П. С. Дрипан // Респиратор: научный вестник НИИГД. — Донецк, 2019. — № 3 (56). — С. 37–45. 9. Дворников, Л. Г. Анализ и обобщение закономерностей внедрения инструмента в горные породы при ударном воздействии [Текст] / Л. Г. Дворников, И. А. Жуков // Матер. ХVI науч-практ. конф. по проблемам механики и машиностроения. — Новокузнецк: Сиб. ГИУ, 2006. — С. 225–229. 10. Новиков, А. О. Математическая модель внедрения анкера в породный массив под нагрузкой [Текст] / А. О. Новиков, П. С. Дрипан // Респиратор: научный вестник НИИГД. — Донецк, 2018. — № 3 (55). — С. 91–101. 11. Биргер, И. А. Расчет на прочность деталей машин [Текст]: справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шор, Г. Б. Иосимыч. — М.: Машиностроение, 1993. — 702 с. 12. Дрипан, П. С. Ударная нагрузка при установке в породный массив [Текст] / П. С. Дрипан // Респиратор: научный вестник НИИГД. — Донецк, 2019. — № 4 (56). — С. 65–71.
Полный текст