Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополимерного анкера для крепления подготовительных выработок

Шпилько, Сергей Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополимерного анкера для крепления подготовительных выработок
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополимерного анкера для крепления подготовительных выработок"

На правах рукописи

ШПИЛЬКО Сергей Иванович

УДК 622.286:289.043.3

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ АРМОПОЛИМЕРНОГО АНКЕРА ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК

(НА ПРИМЕРЕ ШАХТ ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»)

Специальность:

25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003161369

Москва 2007

003161369

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии "Национальный научный центр горного производства - Институт горного дела им А А Скочинского" (ННЦ ГП - ИГД им А А Скочинского)

Научный руководитель -

докт техн наук

А В Джигрин

Официальные оппоненты

докт техн наук

В В Мельник

канд техн наук

А В Брайцев

Ведущая организация - ОАО «Кузниишахтострой»

Защита диссертации состоится 09 ноября 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 222 004 001 в Федеральном государственном унитарном предприятии "Национальный научный центр горного производства -Институт горного дела им А А Скочинского" по адресу 140004, Московская обл , г Люберцы, Октябрьский пр , 411

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального научного центра горного производства - Института горного дела им А А Скочинского

Автореферат разослан Q9 октября 2007 г

И о ученого секретаря диссертационного совета, проф , докт экон наук

И В Гранин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Анкерная крепь широко используется в угольной отрасли В отличие от обычных рамных, сплошных, бетонных и других крепей анкерная крепь относится к активным видам крепи, так как она сразу же после установки противодействует развитию упр> го-пластических деформаций и тем самым повышает устойчивость пород кровли

Многолетний опыт применения анкерной крепи на угольных шахтах России подтверждает техническую целесообразность и экономическую эффективность крепления ею горных выработок Она применяется в широком диапазоне горнотехнических условий и по сравнению с обычными подпорными крепями имеет целый ряд преимуществ повышает безопасность ведения горных работ, позволяет обеспечить полную механизацию процесса крепления, требует меньшего расхода материала, позволяет уменьшить сечение горной выработки на 15-20% итд

Из наиболее с}щественных недостатков следует отметить ограничение ее применения по некоторым геологическим и горнотехническим факторам

Следует отметить, что для многих горнотехнических устовий требуется анкерная крепь, материал которой не оказывал бы сопротивления режущему инструменту исполнительного органа выемочной или проходческой машины, а также мог бы легко разрушаться при ведении взрывных работ и ручным инструментом, но при этом несущая способность ее не должна уступать металлической анкерной крепи

В наибольшей мере указанным требованиям отвечает полимерная анкерная крепь из стеклопластика, имеющего предел прочности на разрыв более 100 кН/см2 и на срез 6-8 кН/см2, однако, в этом случае следует иметь в виду низкие значения характеристик однонаправленных материалов при нагружении продольным сдвигом Как известно, наибольшей прочностью на растяжение обладают стеклопластики с ориентированными стеклотканями при условии одновременной работы почти всех волокон на растяжение без их переплетения

В настоящее время разработан целый ряд полимерных анкеров из однонаправленных композитов, имеющих определенные недостатки - это, в первую очередь, низкие значения характеристик в трансверсальном направлении и при сдвиге, излишний расход материала и т п кроме этого до настоящего времени не было освоено серийное производство этих анкеров

Таким образом, разработка анкерной крепи из полимерных материалов, имеющих высокие физико-механические характеристики при нагружении вдоль оси изделия и при сдвиге, является актуальной

Цель работы - повышение эффективности и безопасности процесса крепления горных выработок на основе применения армополимерной анкерной крепи высокой несущей способности

Идея работы заключается в системном подходе к обоснованию параметров армополимерного анкера с заданными деформационно-прочностными характеристиками на основе изменения структуры композиционного материала анкерного стержня

Методы исследований При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий в себя систематизацию и критический анализ литературных данных и результатов научно-исследовательских работ, экспериментальные исследования на стенде и в промышленных условиях с использованием математического и физического моделирования, а также математической статистики при анализе и обобщении результатов исследований

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Применение армополимерной анкерной крепи, имеющей оптимальные параметры и конструкцию, обеспечивает эффективное поддержание подготовительных горных выработок, а также повышение безопасности работ Разработанная конструкция анкерного стержня из композиционного материала с гибридным пространственно-армированным наполнителем и плетеным слоем позволяет обеспечить прочностные характеристики при растяжении и срезе в 1,2 и 1,5 раза соответственно больше, чем в полимерных анкерах из однонаправленных композитов, при этом несущая способность анкерной крепи достигает 100 кН

2 Деформационно-прочностные характеристики армополимерных анкеров зависят от структуры материала, используемого для изготовления анкерного стержня Наиболее оптимальным композиционным материалом дтя производства анкерного стержня является спирально-армированный элемент с размерами, обеспечивающими отношение толщины слоя вспомогательной арматуры к толщине оплетаемого слоя, порядка 0,2-0,3, при этом плетеный армирующий слой должен содержать диаг ональную прядь

3 Основной структурной характеристикой армированных стеклопластиков, используемых для изготовления анкерного стержня является степень наполнения волокнистой арматурой В материалах со спирально-армированным наполнителем она определяется степенью наполнения элементов, и\ формой и расположением в объеме материала, при этом степень наполнения спирально-армированных элементов зависит от давления опрес-совки, определяемого усилиями, возникающими при пультрузионном формировании анкерного стержня

Научная новизна работы заключается в следующем • установлено влияние комплекса факторов на деформационно-силовые характеристики и несущую способность армополимерного анкера, являющихся

основой для определения оптимальных параметров технологии анкерного крепления,

• разработана методика расчета упругих характеристик анкерного стержня из композиционного материала на основе спирально-армированного наполнителя при нагружении вдоль основной арматуры и продольном сдвиге с учетом анизотропии используемых компонентов,

• установлена зависимость продольного модуля упругости и модуля сдвига материала анкерного стержня, от характеристик промеж) точного слоя что позволяет путем соответствующего подбора геометрических параметров и свойств слоя увеличить эти характеристики на 30-60% по сравнению с однонаправленным композитом,

• установлена зависимость свойств анкерных стержней, изготовленных из композиционных материалов, от структурно-геометрических параметров и технологии их изготовления

Достоверность результатов исследований подтверждается применением апробированных натурных и лабораторных экспериментальных методов и методик, статистически обоснованным объемом испытаний, высоким значением критериев достоверности и надежности установленных зависимостей с доверительной вероятностью 0,95, удовлетворительной сходимостью расчетных данных, результатов стендовых и натурных экспериментов на шахтах ОАО "Вор-кутауголь" (расхождение не превышает 15%)

Практическая значимость работы состоит в

• повышении эффективности крепления подготовительных выработок армопо-лимерными анкерами,

• создании конструкции армополимерного анкерного стержня, отвечающего условиям эксплуатации в угольных шахтах,

• разработке материала, обеспечивающего повышение сдвиговых характеристик и прочности при продольном растяжении

• получении новых данных о свойствах материала на основе спирально-армированных наполнителей при различных видах нагружения,

• разработке технологического процесса изготовления анкерного стержня

Реализация работы. Результаты работы используются при решении вопросов проведения и крепления горных выработок на шахтах «Северная» «Воркутинская», «Воргашорская» и др «ОАО «Воркута) голь»

Результаты исследований вошли составной частью в "Методику испытаний анкерных крепей для ОАО "Воркутауголь", "Типов) ю отраслевую методику испытаний анкерных крепей", а также в "Руководство по применению анкера полимерного композиционного (АПК)"

Разработанный технологический процесс изготовления анкерного стержня использован ОАО "Тверьстеклопластик", при освоении серийного производства анкера полимерного композиционного (АПК), допущенного к применению в угольных и сланцевых шахтах (разрешение Госгортехнадзора России № РСС 04-П 027)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического совета

ОАО "Воркутауголь" (2005-2007 гг) и ННЦ ГП-ИГД им А А Скочинского (2007 г), а также на 5-й межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера проблемы и решения" (Воркута, 2007 г)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе 1 - в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, содержит ЯО иллюстраций, 9 таблиц, У приложений и список литературы из источников

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработке новых видов анкерной крепи и ее применению на горнодобывающих предприятиях посвящены труды ННЦ ГП - ИГД им А А Скочинского, КузНИУИ, ВНИМИ, ВНИИгидроуголь, ШахтНИУИ, ДонУГИ и др Наиболее полно эти вопросы рассмотрены в работах Ардашева К А , Ануфрева В Е , Бори-совца В А , Беликова В В , Васильева В В , Давыдова В В , Кузнецова А И , Ремезова А В Розембаума М А , Ревы В Н, Широкова А П , Штумпфа Г Г и др

В настоящее время в горнодобывающей промышленности широко используется анкерная крепь являясь прогрессивной и экономически выгодной для крепления горных выработок, она применяется в широком диапазоне горнотехнических условий и по сравнению с обычными подпорными конструкциями имеет целый ряд преимуществ повышает безопасность ведения горных работ, обладает потенциальными возможностями для полной механизации процесса крепления, требует меньшего расхода крепежных материалов и меньших затрат на их доставку, позволяет уменьшить сечение горной выработки на 18-25% и ее аэродинамическое сопротивление В качестве армирующих штанг для укрепления горных пород в большинстве случаев применяются стержни (анкера) из арматурного периодического профиля или другого вида пруткового проката Естественно, что доставка и монтаж такой конструкции сопряжен со значительными затратами В этом плане применение анкерных стержней из армированных полимерных материалов весьма эффективно, поскольку помимо снижения материалоемкости, уменьшения энергозатрат, облегчения доставки и монтажа, такие стержни позволяют производить механизированную выемку закрепленного массива без демонтажа конструкции

Разработанные в настоящее время конструкции анкерных стержней из стеклопластиков имеют целый ряд недостатков однонаправленная схема армирования приводит к неоправданно высокому расходу дорогостоящих компонентов и, как следствие, к низким значениям физико-механических характеристик при трансверсальном нагружении и сдвиге Не менее важным моментом в создании анкерного стержня является необходимость создания технологического процесса, обеспечивающего массовое производство, поскольку потребность в таких конструкциях может составлять несколько миллионов штук в год

Учитывая указанное, возникает необходимость в разработке материала для анкерного стержня, не имеющего отмеченных недостатков При этом необходимо

предложить технологический процесс, позволяющий реализовать предлагаемую структуру материала, в условиях массового непрерывного производства

Как показал анализ исследований в области создания новых композиционных материалов, в наибольшей степени для указанных целей подходят материалы на основе спирально армированных наполнителей, в которых реализована пространственная схема армирования Проведенные рядом авторов исследования таких материалов на основе высокомодульных наполнителей, показали их высокие физико-механические свойства Однако в настоящее время практически отсутствуют данные о свойствах спирально армированных материалов на основе низкомодульных наполнителей, представляющих наибольший интерес с точки зрения создания конструкций анкерных стержней

Проведенный анализ различных конструкций полимерных анкеров показал что разработанные в настоящее время анкерные стержни далеко не в полной мере отвечают требованиям эксплуатации крепей В связи с чем возникает необходимость в разработке анкерного стержня из композиционного материала, имеющего высокие физико-механические характеристики при нагружении вдоль оси изделия и при сдвиге

На основании вышеизложенного, а также в соответствии с целью диссертационной работы, были поставлены следующие основные задачи исследований

• проведение исследований структуры полимерных материалов, с гибридным спирально-армированным наполнителем, используемых для изготовления анкерного сгержня,

• разработка технологического процесса изготовления полимерного анкерного стержня с заданными деформационно-прочностными характеристиками,

• разработка конструкции армополимерной анкерной крепи из композиционных материалов высокой несущей способности, обеспечивающей эффективное крепление горных выработок в различных горнотехнических условиях,

• проведение стендовых и шахтных испытаний разработанных полимерных анкеров

Конструкция материалов с гибридным спирально армированным наполнителем, используемым для изготовления анкерных стержней, представляет собой систему расположенных определенным образом элементов наполнителя состоящих из пучков прямолинейно уложенных волокон, нитей или жгутов, обмотанных по спирали нитями другого волокнистого материала В дальнейшем такие элементы будем называть спирально армированными элементами Поскольку основную силовую нагрузку при нагружении вдоль прямолинейно >ложенных армирующих волокон воспринимают внутренние пучки волокон - ядро элемента, будем считать их основной арматурой, а нити обмотки -вспомогательной При этом слои вспомогательной арматуры, разделяющие отдельные пучки основного армирующего материала назовем промежуточными слоями

При изготовлении армополимерных анкерных стержней со спирально армированными наполнителями могут быть реализованы однонаправленная, послойно-перекрестная тканевая пространственная и другие схемы армирования Для однонаправленных композитов наличие спирального слоя

Рис. 1.(1 рунт\ ра по.|уфа(>ри((йтя сгш |):1.1ыю ярмирнианиого маIсрмала

вёпомо! отельной армат; ры оо\ славливаег как пространственное армировано самого спиральна армированного элемента, так и матерной в целом. Структура и параметры с! о в зиачпю.'11.мои степени определяются нилом применяемых в качестве основной н вспомогательной арматуры волокнистых матерпалра.

Процесс изготовления спирально армированных элементов из топковолокни-с! ых материалов (Ч(,, :5^2<) мкм) обладает рядом специфических рсоЙ^иностей» Малый диаметр элементарных волокон и большое их количество в составе элемента не всегда позволяют обеспечить качество их раскладки и рёг\лярносчь стрзктуры, вид которой анаЛ01 ичен стр>кту ре обычного ©днонаправлепно!о ком нозита (рис, 1). 11олучаемый элемент обладает способностью к формоймененню в процессе технологической переработки, и после формования материала можег приобретать различимо форм) (рис. 2 и 3). Учитывая, что степень наполнения вп_\три ядра структурного иемеша можез быть достаточно высокой, пропи тка таких элементов затр; днена. в свяли с чем. при изготовлении анкернО! о стержня предпоч-I тельла предварительная прошп ка основного армир\тошегд материала с последующей об мот ко ¡1 вспомогательной арматурой.

Рассматриваемые материалы обдада-ют двумй уровнями структуры, каждый из которых формируете*! на различных этапах техноло! ическо! о процесса. Первый уровень, характер и зуюишй макрострч ктур\ материала. определяется основной стр>к-п рной единицей - спирально армированным элементом. При этом структура материала зависит как от взаимною расположения. так I! вила элементов; В юрой уровень характера з>ет микрое[р)К1>р> материала и определяется параметрами езмрз о спирально армировании! о элемент^

Микроетрхкт>рные параметры элементов анкерного стержня реализуются в

Рис. 2. ).].1ш1 шчсскаи фирм» поперечно! о сечения сйЬрнльно

ярЧОрОО:!II1101 а Ш1110.1 НИ ГС.1Я

после формирования

Рис. 3. ( 1р\кл>ри ми ¡ерняля при к.иике с.кк-н с мни ом и предельным лефорчнроиаонеч

процессе переработки волокнистой арматуры в спирально армированные жгугы и зависят от процесса пропитки основного армирующего материала, режимов обработки, усилий натяжения основной и вспомогательной арматуры и вида применяемого основного армирующего наполнителя В свою очередь параметры макроструктуры зависят от технологического процесса изготовления материала из элементов способа формирования шага укладки элементов \сштия натяжения давления опрессовки, скорости намотки для намоточных материалов, способа отверждения и его режима

При этом, между параметрами структуры материала на каждом уровне и технологическим процессом на всех этапах изготовления композитов со спирально армированным наполнителем, существует тесная взаимосвязь, которая и определяет структуру и характеристики композиционного материала

Одной из основных структурных характеристик армированных материалов является степень наполнения, определяющая их физико-механические свойства Как известно, для однонаправлено армированных композитов существует некоторая предельная степень наполнения, определяемая в зависимости от расположения армирующих волокон в объеме материала Так, при тетрагональной укладке она составляет 0,785 а при гексагональной - 0, 907 Однако, ввид> малого диаметра элементарных волокон и большого количества их в используемом при формовании изделий наполнителе, предельные степени наполнения в процессе технологической переработки, как правило, не достигаются Учитывая сложность обеспечения регулярного расположения волокон в материале, появление в структуре с увеличением содержания волокон пор и возникающие при этом трудности качественной пропитки, для каждого типа композита, существует некоторая оптимальная степень наполнения - 50-70% превышение которой приводит к снижению упругих и прочностных характеристик материала

В композитах со спирально армированным наполнителем степень заполнения арматурой определяется суммой степеней наполнения основной - <ро и вспомогательной - <рв арматур

<Ра=<Р(1)

При этом наиболее важной является степень наполнения основной арматурой, определяющая свойства материала в направлении основного армирования Величина ее может быть определена следующим образом

% = Ч>1 <Рг, (2)

где - степень наполнения ядра волокнистым наполнителем, максимальное значение которой =0,907 соответствует гексагональной упаковке вотокон, <рг - степень наполнения материала ядрами элементов

Деформация исходного спирально армированного наполнителя приводит к изменению его первоначальной круглой формы При этом элемент приобретает форму эллипса или, в предельном случае, - много} гольника а степень наполнения его волокнами основног о армирующего материала возрастает

<Р1=<Рн <7>

(3)

где <рн - начальная степень наполнения ядра элемента Считая, что в результате деформирования материала ядро спирально армированного элемента приобретает форму эллипса с полуосями а и Ь, а параметр ядра элемента не изменяется, можно получить выражение для коэффициента д в виде

4Е2\е2] ж \\-е

где е - эксцентриситет эллипса,

Е(ег)- полный эллиптический интеграл второго рода

Для полного эллиптического интеграла второго рода Е(е1), установлена связь значения q с величиной эксцентриситета эллипса е и соотношением его полу осей т = а!Ъ, которая представлена в таблице 1

Таблица 1

Зависимость коэффициента q от отношения полуосей ядра структурного элемента

111 е е2 ЕИ л/Г-е2 Я

1,0 0 0 1,5708 1 1

1,5 0,745 0,556 1,3219 0,667 1,0617

2,0 0 866 0,75 1,2110 05 1,1890

2,5 0,917 0,84 1,1507 0,4 1,3415

3,0 0 943 0,889 1,1135 0,333 1,5078

4,0 0,968 0,938 1,0716 0,25 1,8621

5,0 0 98 0,96 1,0505 0,2 2 2371

6,0 0,986 0,972 1,0377 0,167 2,6178

7,0 0,99 0,98 1,0286 0,143 2,9985

8,0 0,992 0,984 1,02355 0,125 3,3967

9,0 0,994 0,988 1,0185 0,111 3,835

10,0 0,995 0,99 1,01599 0,10 4,3252

Степень наполнения композита ядрами спирально армированных элементов - <р2 зависит как от геометрических размеров и формы элемента, так и характера соединения слоев вспомогательной арматуры Величина (р2 определяется из выражения

_ 71

92 ~ 4/5(1 +к)(1 + ктУ (5)

в котором коэффициент к определяет толщину слоя вспомогательной арматуры, а коэффициент I - условия соединения слоев В случае сплошной обмотки коэффициент г = 1,0, а при взаимном зацеплении витков

__ {2 + к){г + кт)

1~ 4{\ + к1\ + кт)' (6)

Коэффициент в учитывает вид упаковки элементов в материале при тетрагональной - 8= 1,0 при гексагональной

Степень наполнения вспомогательной арматурой может быть представлена следующим образом

<Р,=<Р3 04 > (7)

где <»,- степень наполнения волокнами внутри слоя обматывающей арматуры, максимальное значение которой при гексагональной упаковке волокон =0,907,

<рА - степень наполнения слоями

При малых толщинах слоя вспомогательной арматуры величина <рл находится из выражения

__яи___,„.

+ + кт) (Ь>

в котором коэффициент п определяется в зависимости от характера обмотки

Так, для сплошного слоя

п = (\ + к){\ + кт)-\ (9)

Выполненные исследования позволили установить, что степень наполнения композиционного материала со спирально армированным наполнителем определяется не только содержанием волокон основного армирующего материала, но и размерами спирально армированного элемента толщиной и характером соединения слоев вспомогательной арматуры

Особенностью композитов на основе спирально армированных наполнителей, является го что эти материалы состоят из конечного числа элементов, каждый из которых как бы помещен в отдельную оболочку Это приводит к тому, что развивающаяся в процессе нагружения трещина внутри спирально армированного элемента не может выйти за его пределы, т е процесс разрушения локализуется, а несущая способность материала не исчерпывается Учитывая это обстоятельство, при выборе образцов и методов испытания таких композитов необходимо стремиться к минимальному повреждению структуры, поскольку любая механическая обработка приводит к нарушению слоя вспомогательной арматуры Кроме того, композиты со спирально армированным наполнителем в большей степени, чем обычные зависят от выбора технологических параметров формования, которые определяют вид структуры, форму и взаимосвязь элементов, степень их наполнения, что, в конечном счете, отражается на получаемых характеристиках материала, а следовательно армополимерного анкерного стержня

Технологические и структурные параметры композитов со спирально армированным наполнителем связаны между собой в большей мере, чем у обычных

армированных материалов Любое изменение режима технологического процесса изготовления анкерного стержня приводит к соответствующим изменениям сразу на двух уровнях структуры Таким образом, проводя исследование влияния какого-либо структурного параметра на физико-механические свойства рассматриваемого материала, одновременно получаем зависимости этих характеристик от определяющего его технологического параметра при условиях стабилизации остальных величин

Одной из основных структурных характеристик армированных пластиков является степень наполнения волокнистой арматурой В материалах со спирально армированным наполнителем она определяется степенью наполнения элементов, их формой и расположением в объеме материала При этом степень наполнения спирально армированных элементов зависит от давления опрессовки q, определяемого усилиями, возникающими при пультрузионном формовании анкерного стержня

На рис 4 представлены результаты экспериментальных исследований зависимости степени наполнения элементов основной арматурой от давления опрессовки для различных связующих и способов укладки спиральной обмотки Из анализа графиков следует, что вид предварительной пропитки основной арматуры существенно сказывается на степени наполнения Анализ представленных зависимостей показывает также, что зависимость </\ от давления опрессовки д близка к линейной и может быть описана уравнением вида

<рх=Кд + ^, (10)

где <р\ - начальная степень наполнения жгута, определяемая диаметром обжимной фильеры

К - коэффициент, зависящий от вязкости связующего

Для достижения степени наполнения более 75-80%, при достаточно высокой вязкости связующего, необходимы значительные усилия натяжения вспомогательной арматуры, получение которых ограничивается прочностью обматывающей нити, и, как следствие, возможностью потери устойчивости жгута основной арматуры при обмотке В связи с этим величину степени наполнения порядка 80% можно считать предельной для наполнения основной арматурой ядра спирально армированного

Рис 4 Зависимость степени наполнения элементов основной арматурой от давления опрессовки при обмотке 1 - связующее ЭДТ - 10, 2 - связующее УП - 2217

0,9

0,7

0,6

'Упр 2

1УпР

элемента анкерного стержня

В процессе обмотки элементы спирально армированного наполнителя приобретают круглую форму и, в зависимости от их степени наполнения, обладают различной способностью к деформированию На рис 5 показано изменение степени обжатия у материалов с различной начальной упаковкой элементов в зависимости от усилия прессо- у вания Эксперименты проводились в этом случае путем последовательного статистического анализа микрошлифов деформированной структурой при увеличении давления Как видно из приведенных данных, предельные значения степени обжатия - упр достигаются при различных значениях давления прессования и зависят от типа начальной укладки Вместе с тем величина степени обжатия определяется начальной степенью наполнения спирально армированного элемента величина которой зависит от давления опрессовки обматывающей нитью ядра элемента На рис 6 показано влияние обоих параметров - и Р на изменении степени обжатия, при этом укладка наполнителя проводилась с зазором й =0,25^ Анализ данных показывает, что с увеличением д, величина давления прессования Р, при котором достигается предельное деформирование структуры, возрастает При достаточно высоких степенях наполнения внутри ядра элемента наблюдается тенденция к *ч,мпа

0 1 2 3 4 Р.МПа

Рис. 5 Изменение степени обжатия структуры материала у в зависимости от давления прессования анкерного стержня. 1 - гексагональная \ наковка. 2 - упаковка с зазором 11=0,2511

Р,МПа

тенденция

сохранению круглой формы р,,с 6 Изменение степени обжатия структуры материала анкерного стержня в зависимости от поперечного сечения, причем усилия прессования и давления обжатия вспомога-

формование производится

материала путем укладки

тельной арматурой

спирально армированных жгутов между уже уложенными элементами предыдущего слоя образца, в этом случае, получаемая структура близка к гексагональной Конечная же степень наполнения материала в целом определяется плотностью упаковки элементов наполнителя в данном объеме Экспериментальные и теоретические данные по влиянию давления на степень наполнения различных материалов приведены на рис 7 Очевидно, что при прессовании материалов на основе предварительно обмотанных препрегов изменение степени наполнения происходит в большей степени, чем для наполнителя, полученного "мокрым" методом Это объясняется тем что спирально армированный наполнитель в первом случае имеет меньшее значение исходной степени наполнения основной арматурой - ч>и

Для исследования зависимости механических характеристик материалов от степени наполнения основной арматурой были изготовлены партии образцов из спирально армированного наполнителя, отличающиеся количеством элементов, укладываемых в один и тот же объем При этом исследовались композиты, полученные на основе наполнителей со сплошной обмоткой и обмоткой с шагом, обеспечивающим взаимное зацепление витков обмоточной нитью Пропитка производилась эпоксидным связующим ЭТД-10 Усилие натяжения обмоточной нити составляло 1Н и 0,5Н при шаге обмотки соответственно 1 мм и 0,5 мм Это позволило получить спирально армированные элементы со степенью наполнения основной арматурой порядка 65% Данные по результатам испытаний представлены в таблице 2 Для сравнения там же приведены результаты испытаний аналогичных однонаправленных образцов

Из анализа полученных данных следует, что применение спирально армированного наполнителя позволяет повысить характеристики материала При этом наибольшее значение свойств соответствует композитам, у которых обмотка вспомогательной арматуры проведена с шагом 1 мм, тес взаимным зацеплением витков обмоючных нитей Так, прочность при сдвиге для материалов с указанной структурой возрастает с 48,0 МПа (однонаправленный) до 72,1 МПа Аналогично изменяются и остальные характеристики Из данных таблицы следует также, что как в случае сплошного слоя вспомогательной арматуры, так и при зацеплении

Фн

1,75

1,5

1,25

3 >

у * / \ 1

/ / . г 4 - —

/у \ 2

1,0

0 1 2 3 4 Р,МПа

Рис 7 Относительное изменение степени наполнения материала анкерного стержня в зависимости от давления прессования 1 - препрег, УП - 2217, 2 - «мокрый» способ, УП - 2217, 3,4 - теоретический расчёт

витков можно установить некоторое оптимальное значение степени наполнения материала по основной арматуре В последнем случае оно составляет - 55-60%, причем количество вспомогательной арматуры для таких композитов должно быть порядка 5-7%

Таблица 2

Механические характеристики композитов со спирально армированным наполнителем при сдвиге в направлении основного армирования

Количество эле- Сдвиг

Шаг обмотки ментарных нитей в элементе т и МП а Я,МТ1а V,0/»

Однонаправленный 58,00 48,0 2,99 6,0

55 44,6/9,7 43,8 2,5 5,9

0,5 63 51,1/11 2 61,7 1,5 2,4

65 53,5/11,7 56,6 6,0 10,6

65 54,5/6,4 63,0 4,2 6,7

1,0 70 57,8/6,8 72,1 2,1 2,9

75 61,6/7,0 68,7 6,2 9,0

В силу низких значений поперечной прочности обеспечить высокие значения исходной степени наполнения за счет увеличения усилия обмотки затруднительно В связи с этим изменение структуры композита со спирально армированным наполнителем достигается при использовании наполнителя, обмотка которого нитями вспомогательной арматуры производится с малыми усилиями натяжения

Получаемый в этом случае спирально армированный элемент имеет сравнительно небольшую степень наполнения и повышенную способность к деформированию Увеличение степени наполнения материала происходит уже в процессе изготовления анкерного стержня за счет уменьшения площади поперечного сечения наполнителя и перераспределения волокон в пределах ядра элемента

Одним из определяющих параметров в композитах со спирально армированным наполнителем является толщина слоя вспомогательной арматуры Изменение отношения толщины слоя к радиусу спирально армированного элемента приводит к изменениям степени наполнения материала по основной арматуре и напряженно-деформированного состояния в его компонентах При этом мы имеем два практических способа варьирования этого параметра Изменением геометрических размеров элементов основной арматуры при постоянстве размеров обмоточной нити и увеличение толщины слоя обмотки при сохранении количества обматываемой основной арматуры Для экспериментального исследования большой интерес представляет второй вариант, так как при его реализации исключается влияние масштабного фактора, который может иметь место при возрастании размеров спирально армированных элементов

При подготовке образцов в качестве вспомогательной арматуры использовалась стеклонить НСК-150/2, причем варьирование толщины слоя обмотки проводилось путем изменения числа первичных нитей в обматывающей армату-

ре Шаг обмотки при этом сохранялся постоянным - равным ширине уложенной на основную арматуру первичной нити Это дало возможность обеспечить линейное приращение толщины слоя обмотки для разных образцов Результаты экспериментальных исследований механических характеристик материала показали, что увеличение толщины слоя обмотки отрицательно сказывается на значениях упругих и прочностных характеристиках в направлении армирования В то же время упругие характеристики в поперечном направлении и при сдвиге, а также прочность при сжатии перпендикулярно основному армированию существенно возрастают С увеличением толщины обмоточного слоя наблюдается также снижение прочностных характеристик при трансверсальном растяжении и сдвиге Полученные данные указывают на нежелательность чрезмерного увеличения относительной толщины слоя обмотки, так как это приводит к уменьшению несущей способности изготавливаемых из такого материала полимерных анкеров

Полученные результаты подтверждают необходимость определения толщины слоя вспомогательной арматуры, исходя из требований повышения тех или иных характеристик, являющихся определяющими для данной конструкции при конкретных условиях и видах нагружения В то же время увеличение размеров элемента при ограниченной толщине материала в анкере приводит к нарушению однородности поля напряжений в материале, что связано с возрастанием влияния краевого эффекта Таким образом, при испытаниях материалов со спирально армированным наполнителем должен наблюдаться масштабный эффект, связанный с изменением отношения поперечного размера спирально армированного элемента к толщине испытываемого образца Для испытаний изготавливались образцы со спирально армированным наполнителем на основе связующего ЭДТ-10 Выбор связующего в это случае обустовлен необходимостью обеспечения одинаковых степеней наполнения основной арматурой при изготовлении спирально армированных элементов различного размера, что при использовании препрега связано с применением больших усилий натяжения вспомогательной арматуры Размеры элемента задавались путем введения в основную арматуру различного количества нитей, необходимых для получения заданного отношения поперечного размера элемента к толщине образца, которая находилась в пределах 3-4 мм Из анализа экспериментальных данных, приведенных на рис 8 можно сделать вывод о существовании некоторых оптимальных соотношений между геометрическими размерами спирально армированных элементов и толщиной образцов Причем наибольшее влияние масштабный фактор оказывает на трансверсальные и сдвиговые характеристики материалов В то же время, изменение прочности при растяжении в направлении основного армирования незначительно и не превышает 5% Возрастание прочности при сжатии в трансверсальном направлении наблюдается при уменьшении размеров элементов, т е при более мелкозернистой структуре материала Комплексный анализ результатов показывает, что для исследуемого материала наиболее оптимальным является спирально армированный элемент с размерами, обеспечивающими отношение поперечного размера элемента к толщине получаемых изделий порядка 0,2-0 3

СГ„

То 1,2

1,1

1,0

0,9

. 4

2 3

\ 1

0,1

0,2

0,3

0,4

Рэл/Н

Рис 8 Зависимость прочностных характеристик армополимерного материала анкерного стержня от отношения поперечного размера элемента к толщине образца 1 - препрег, УП - 2217; 2 -«мокрый» способ, УП - 2217, 3,4 - теоретический расчет

Проведенные исследования позволяют рекомендовать технологические и структурные параметры композитов со спирально армированным наполнителем, с целью получения комплекса оптимальных характеристик Экспериментальные исследования таких материалов показали достаточно хорошее совпадение теоретических и опытных данных Анализ результатов показывает, что прогнозируемые значения упругих характеристик достаточно близки к экспериментальным, например, для модуля упругости при растяжении в направлении основного армирования максимальное отклонение составляет 13,5%, для поперечного модуля упругости - 12%, а для модуля продольного сдвига - 29% Сопоставление экспериментальных и теоретических данных для модуля упругости Е* приведено на рис 9, из которого следует, что при возрастании степени наполнения материала до 0,55-0,6, разница в значениях минимальна

Как показали проведенные исследования, введение спирального армирования позволяет изменить практически все характеристики материала Из полученных данных следует, что в наибольшей степени изменяются трансверсальные характеристики, так модуль упругости при растяжении в поперечном направлении увеличивается в 1,2-1,4 раза, модуль сдвига - в 1,3-1,5, прочность при трансверсаль-ном отрыве - в 1,4-1,8, прочность при продольном сдвиге - в 1,3-1,8 раза Наибольшие изменения при использовании спирально армированных наполнителей, как видно из полученных данных.

3,5

2,75

Ех

Е3 К

Е3

/ А •

\Ех

Е3 Фа

2,0

0,4 0,5 0,6 0,7

Рис 9 Зависимость модуля упругости при растяжении и сжатии от степени армирования полимерного материала анкерного стержня

имеют прочность при траисверсальном растяжении и продольном сдвиге

Анализ физико-механических свойств композитов на основе спирально армированных наполнителей показывает, что при незначительном проигрыше в жесткости в направлении основного армирования, эти материалы имеют существенно лучшие характеристики Так введение спирального армирования уменьшает продольный модуль упругости с 38,5 10~3 до 37 103 МПа, однако поперечный модуль упругости при этом возрастает с 6 103 до 7,8 10"3 МПа. модуль сдвига - с 4,5 10"3 до 5,3 10"3 МПа В то же время следует отметить, что прочностные характеристики материала со спирально армированным наполнителем при вех видах нагружения оказывается выше, чем у обычных однонаправленных, даже при несколько меньшей степени наполнения основной арматурой Так, например, прочность в направлении укладки основной арматуры возрастает с 1140 до 1200 МПа, хотя для однонаправленного материала в этом случае степень наполнения составляет - 0,67, а для композита со спирально армированным наполнителем - 0,55 Указанное объясняется более качественной укладкой волокон в пределах ядра спирально армированного элемента, устранением изогнутости волокон, улучшением сцепления пучков волокон на границе раздела

Таким образом, приведенные результаты экспериментальных исследований подтверждают полученные данные о том, что разработанная конструкция материала с гибридным пространственно армированным наполнителем позволяет получать композиты с улучшенными характеристиками при траисверсальном на-гружении и сдвиге, что обеспечит эффективное крепление горных выработок армополимерной анкерной крепью

Учитывая условия установки и крепления анкерной крепи, стержень должен иметь на своих концах элемент крепления и устройство для разрушения ампулы с клеящим составом В последнем случае в трубчатый элемент достаточно просто установить вставку со штифтом, размеры которой должны быть выбраны из условия запрессовки вставки во внутрь трубчатого стержня, а размеры штифта выбираются исходя из внутренних размеров шпура

Наиболее ответственным является выбор конструктивного оформления нижней части анкерного стержня — передающей нагрузку резьбовой втулки Использование только клеевого соединения по внутреннему диаметру втулки позволяет, в принципе, обеспечить прочность соединения Расчет такого стыковочного узла можно провести с использованием известных методик Однако, следует иметь в виду, что в указанных методиках предполагается оптимальное постоянство толщины клеящего слоя, достигнуть которого, при массовом производстве стержневых элементов, достаточно затруднительно Кроме того, расчет показывает, что длина сопрягаемых элементов должна быть достаточно большой, что, естественно, ведет к значительному перерасходу материала

Нами было разработано две конструкции армополимерных анкеров, отличающихся конструктивным решением замковой части

Анкер полимерный композиционный АПК (К), представленный на рис 10, предназначен для крепления кровли и боков горных выработок состоит из армо-полимерного композиционного стержня или трубки диаметром 19-20 мм,

Рис.10 Конструкция анкера полимерного композиционного АПК(К): 1 - стержень; 2 - опорная плитка; 3 - резьбовое соединение; 4 - полимерная гайка

цилиндрической полимерной муфты с внешней резьбой длиной 152 мм и диаметром 45 мм, а также полимерной гайки и опорной плитки из полиамида Следует обратить внимание на то, что опорная плитка может изменять свое положение в вертикальной плоскости под углом до 18°, что обеспечивает ее надежное притягивание к борту или кровле выработки всей площадью опорной плитки и исключает концентрацию напряжения на полимерной гайке

Анкер полимерный композиционный АПК (Б), представленный на рис 11, предназначен для крепления только боков горных выработок, состоит из полимерного композиционного стержня или трубки диаметром 19-20 мм, конической муфты длиной 60 мм, диаметром не менее 50 мм в замковой части анкера и плоской опорной плитки из стеклопластика размером 150 X 150 мм

Для оценки параметров разработанных конструкций армополимерных анкеров из композиционного материала на основе спирально армированных наполнителей нами были проведены стендовые и шахтные экспериментальные исследования

Основной целью стендовых испытаний зажимов армополимерных анкеров является проверка правильности заложенных в их конструкции технических решений, их способности передавать нагрузки от стержня анкера на опорный элемент, а также соответствия их несущей способности и податливости техническим требованиям на армополи-мерный анкер

Цель достигалась путем определения прочности закрепления зажимов двух разработанных конструкций на армополимерном стержне и их деформационно-силовых характеристик

Рис.11 Конструкция анкера полимерного композиционного АПК(Б)' 1 - стержень, 2 - конусная навивка; 3 - опорная плитка

Стендовые испытания зажимов армополимерных анкеров производились в ННЦ ГП - ИГД им А А Скочинского на специально оборудованном стенде

Результаты стендовых испытаний зажимов полимерных композиционных анкеров АПК(К) и АПК(Б) приведены на рис 12 и 13 соответственно

Для испытаний стержней полимерных анкеров на прочность при растяжении использовалась немецкая „ ..„. гидравлическая испытательная машина Еи-40 с максимальным разрывным усилием 400 кН, а также два специальных устройства, которые позволили выполнить большой объем методических испытаний на коротких образцах почимер-ных анкеров

При первой схеме на-гружения анкера реализовался процесс выталкивания стержня анкера из полимерной гайки Этот простой способ испытаний использовался как промежуточный Вызвано это тем, что у полимерных анкеров наиболее слабым звеном является сцепление стержня анкера с замком, с его резьбовой втулкой, соединяющейся со стержнем анкера Способы этого соединения варьировались в широких пределах Поэтому при испытании прочности сцепления с резьбовой втулкой, испытываемые образцы подвергались сначала по этой схеме выталкиванию стержня из втулки В ряде случаев, когда способ соединения стержня анкера с резьбовой втулкой был не эффективным, на этом испытания завершались

В тех случаях, когда простейшая схема нагружения не позволяла выдавить стержень

Рис 12 Результаты стендовых испытаний замковой части анкеров АПК(К) 1,2- крайние, 3 - среднестатистическая кривая

Рис.13 Результаты стендовых испытаний замковой части анкеров АПК(Б) 1,2- крайние, 3 - среднестатистическая кривая

из втулки до смятия его от усилий выдавливания принималась другая схема испытаний на втором, специально изготовленном реверсивном устройстве, преобразующем сжимающую нагрузку в растягивающую Эти устройства позволили выполнить большой объем (более 100) методических испытаний на коротких образцах полимерных анкеров

Анализ полученных результатов показал следующее Деформационно-силовые характеристики испытанных зажимов армополимерного анкера АГПС(К) имеют весьма близкие значения Уровень нагрузки на стержень анкера, при котором происходит срыв или поломка зажимов, составляет 75-90 кН Смещения испытанных захватов относительно стержня анкера при указанном уровне нагрузки составляли 42-48 мм

Исполнение зажима конструкции АПК (Б) имеет существенно более жесткие деформационные характеристики Несущая способность такого зажима достигает 83-102 кН при его смещениях относительно стержня на 19-23 мм

Статистическая обработка стендовых испытаний зажимов армополимерных анкеров двух конструкций показала, что эмпирическая вероятность срыва зажима составляет порядка Р= 0,05-0,06 при нижней доверительной границе вероятности Рн= 0,95 10"2, а верхней доверительной границе вероятности Р8 = 7,0 10"2

Таким образом, на основе экспериментальных стендовых исследований и статистической обработки результатов, для использования могут быть рекомендованы обе конструкции зажимов

Шахтные испытания анкеров на основе спирально армированных композиционных материалов были проведены в условиях ш "Северная" ОАО "Воркутауголь" в 2004 году

Местом проведения испытаний были выбраны две выработки вентиляционный бремсберг 23-з и конвейерный бремсберг 12-з пласта "Мощного" (протяженностью по 200 м в каждой выработке)

Горнотехнические условия заложения выработок пласт (пц-цг+п+ы) - Мощный, мощность пласта - 4,2 м, крепость угля - 1,5, ширина выработки - 4,6 м, высота выработки - 4,2 м, глубина заложения выработки -815 м, способ проведения выработки - комбайновый, условия эксплуатации - погашаемая, форма сечения выработки - прямоугольная Геологическая характеристика вмещающих пород кровля пласта - аргиллит тонкослоистый (ложная кровля), m = 0,4 м, осж=27 МПа, аргиллит тонкослоистый, m = 1,8 м, асж=27 МПа, алевролит, пт=3,0-5,0 м, асж=36 МПа Почва пласта аргиллит, m = 0,8 м, асж=40 МПа, песчаник, т=5,0 м, осж=86 МПа

Расчет параметров анкерной крепи на экспериментальных участках выполнен в соответствии с "Инструкцией по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России", С-Петербург, 2000 и "Временной инструкцией по расчету и применению анкерной крепи на шахтах Кузнецкого бассейна", КузНИУИ, 1996, и соответствует действующим паспортам крепления выработок

Шахтные испытания анкеров на основе использования спирально армированных композиционных материалов проводились с целью определения

фактической несущей способности разработанного анкера, а также наблюдения за смещением контура закрепленной выработки на экспериментальном участке

Для закрепления анкеров использовались ампулы с полимерным составом АП - 470 (ТУ-2226-3476893-01-98) длиной 470 мм, диаметром 24 мм Время схватывания твердеющей смеси - 25-35 с В шпур (длиной 2,0 м и диаметром 30 мм) вводилось две ампулы Перед установкой анкера на зажим навинчивался специальный переходник для закрепления анкера в шпинделе сверла После этого стержень анкера, с вращением подавался в шпур Перемешивание компонентов ампул производилось с подачей анкера к дну шпура в течение 20-25 с Затем вращение прекращалось, переходник скручивался, а на замковую часть надевалась опорная плитка и накручивалась специальная гайка Спустя 30 минут армополимерные анкера испытывались на прочность закрепления в шпуре в соответствии с разделом 9 "Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России" ВНИМИ, С-Петербург, 2000 г

В процессе испытаний анкеров для определения их несущей способности было установлено и испытано более 30 армополимерных анкеров Закрепление анкеров осуществлялось как в породах основной кровли, так и в угольном пласте

Для определения фактической несущей способности разработанного анкера использовался штанговыдергиватель ВШГ-20

Анализ результатов шахтных испытаний показал, что анкера двух конструкций на основе использования спирально армированных наполнителей обеспечивают несущую способность в пределах 75-102 кН Для большинства анкеров смещение без вырывания составило порядка 100 мм при максимальной несущей способности порядка 100 кН, что позволяет эффективно поддерживать горные выработки По своим параметрам разработанный армополимерный анкер сопоставим со сталеполимерными анкерами

Для контроля в процессе эксплуатации разработанного анкерного крепления нами велись инструментальные наблюдения за смещением контура закрепленной выработки Анализ смещения контура горных выработок, не подверженных влиянию очистных работ, для горно-геологических условий шахт ОАО "Воркутауголь" показал, что параметры анкерной крепи удовлетворяют внешним силовым и деформационным возмущениям окружающего массива, проявляющимися в результате перераспределения поля напряжений в массиве и его реологического поведения Во всех случаях деформации носили затухающий характер и выработки принимали устойчивое положение, отжима угля из борта выработки не наблюдалось

Обобщая полученные результаты опытно-промышленных испытаний и промышленной эксплуатации разработанной армополимерной анкерной крепи АПК в течение 2005-2007 г г на шахтах ОАО "Воркутауголь" можно отметить, что анкера на основе использования композиционных материалов со спирально армированным наполнителем имеют высокую несущую способность порядка 90-100 кН, что позволяет расширить область применения полимерных анкеров в более сложных горнотехнических условиях угольных шахт России

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований решена актуальная задача по разработке армополимерной анкерной крепи высокой несущей способности из спирально армированных композиционных материалов, что обеспечивает повышение эффективности и безопасности крепления подготовительных горных выработок в различных горнотехнических условиях угольных шахт

Основные научные и практические результаты выполненных исследовании заключаются в следующем

2 Установлена зависимость физико-механических свойств композиционного материала от его структуры и технологических параметров изготовления армополимерного анкерного стержня Основной структурной характеристикой армированных стеклопластиков, является степень наполнения волокнистой арматурой, при этом степень наполнения спирально-армированных элементов зависит от давления опрессовки, определяемого усилиями, возникающими при пультру-зионном формировании анкерного стержня

3 В результате исследований установлено, что деформационно-прочностные характеристики армополимерных анкеров зависят от структуры материала, используемого для изготовления анкерного стержня Наиболее оптимальным композиционным материалом для производства анкерного стержня является спирально-армированный элемент с размерами, обеспечивающими отношение толщины слоя вспомогательной арматуры к толщине оплетаемого слоя, порядка 0,2-0,3, при этом плетенный армирующий слой должен быть образован ромбическими ячейками, содержащими диагональную прядь

4 Установлена зависимость продольного модуля упругости и модуля сдвига материала анкерного стержня, от характеристик промежуточного слоя, позволяющая путем соответствующего подбора геометрических параметров и свойств слоя увеличить эти характеристики на 30-60% по сравнению с однонаправленным композитом, что обеспечивает прочностные характеристики анкера при растяжении и срезе в 1,2 и 1,5 раза соответственно больше, чем в полимерных анкерах из однонаправленных композитах

5 Разработано две конструкции армополимерной анкерной крепи высокой несущей способности порядка 100 кН, обеспечивающие снижение трудоемкости и повышение безопасности процесса крепления, которые отличаются типом зажима анкера

Стендовые испытания зажимов показали, что деформационно-силовые характеристики резьбового зажима анкера АПК (К), при которых происходит их срыв, составляют порядка 75-90 кН и их смещении 42-48 мм, для конусного за-

жима анкера АПК (Б) эти показатели составили соответственно 83-102 кН и 19-23 мм

6 Проведенные опытно-промышленные испытания разработанной армопо-лимерной анкерной крепи в условиях шахты "Северная" ОАО "Воркутауголь" показали, что анкера на основе использования композиционных материалов со спирально армированным наполнителем имеют высокую несущую способность порядка 100 кН, что позволяет повысить эффективность крепление подготовительных горных выработок в различных горнотехнических условиях

7 Разработанный анкер полимерный композиционный (АПК) допущен к применению в угольных и сланцевых шахтах на основании разрешения Госгор-технадзора России № РСС 04 - 11027 Серийное производство армополимерных анкеров АПК(К) и АПК(Б) освоено в ОАО "Тверьстеклопластик" Разработанные анкера постоянно применяются на всех шахтах ОАО "Воркутауголь" с 2005 г

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах.

1 Шпилько С,И Выбор полимерных материалов для анкерных стержней // Техника и технология открытой и подземной разработки месторождений Науч сообщ / ННЦ ГП - ИГД им, А А Скочинского -М., 2005 -Вып 331. - С 116120

2 Шпилько С.И. Улучшение структуры полимерных анкеров обеспечивающих эффективное крепление горных выработок при буровзрывном способе их проведения// Технология и безопасность взрывных работ Науч сообщ / Сб Взрывное дело -М.2007 -№96/53 - С 138-146

3 Задков Д.А, Шпилько С И., Долоткин Ю.Н. Обоснование и выбор средств механизации проведения спаренных выработок для условий объединенной шахты "Воркута"// Народное хозяйство республики Коми Материалы 5-й межрегиональной научно-практической конференции "Освоение минеральных ресурсов Севера проблемы и решения" - Воркута, 2007

4 Джигрин A.B., Бучатский В.М., Шпилько С И. Исследование структуры композита со спирально армированным наполнителем для анкерной крепи// Техника и технология открытой и подземной разработки месторождений Науч сообщ / ННЦ ГП - ИГД им А А Скочинского - М , 2007 - Вып 333 - С 156166

5 Джигрин А.В, Бучатский В.М, Шпилько С.И. Результаты исследований физико-механических свойств композиционных материалов, используемых для изготовления полимерных анкеров// Уголь - № 11 - 2007

6 Руководство по применению анкера полимерного композиционного (АПК) // НГГГБ - РИКО - М, 2005 - 12 с (соавторы Джигрин А В , Горлов Ю В , Киселев В В , Трубицын Е Д и др)

7 Типовая методика испытаний анкерных крепей для ОАО "Воркутауголь"/ ННЦ ГП-ИГД им А А Скочинского - М , 2007 - 33 с (соавторы Джигрин А В , Томилин П И, Поташников В А , Легоньких В П, Бучатский В М и др)

Подписано в печать 03 10 2007 Формат 60x90 1/16 Печать цифровая Бумага «Performer» Печ л 1,5 Тираж 100 экз Заказ 7012 Отпечатано в ФГУП «Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ», 140010, г Люберцы Московской обл ,Октябрьский пр-т, 403

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шпилько, Сергей Иванович

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1 Анкерная крепь, применяемая на горных предприятиях.

1.2 Полимерная анкерная крепь.

1.3 Выбор композиционных материалов для анкерных стержней

1.4 Анализ технологических процессов массового производства изделий из армированных материалов.

1.5 Цель и задачи исследований.

2. Исследование структуры композита со спирально-армированным наполнителем и оценка влияния её на физико-механические свойства армополимерного анкера

2.1. Структура и степень наполнения композиционного материала армополимерного анкерного стержня.

2.2. Анализ структуры армополимерного анкерного стержня.

2.3. Определение предельных размеров элементов структуры армополимерного анкерного стержня.

2.4. Определение упругих констант композиционного материала армополимерного анкера.

2.5. Влияние основных структурных и технологических параметров на механические характеристики композитов.

Выводы.

3. Разработка технологического процесса изготовления армополимерного анкерного стержня

3.1 Выбор технологических режимов формования наружных плетёных слоёв армополимерного анкерного стержня.

3.1.1. Условия формования плетеного слоя с требуемыми структурными параметрами.

3.1.2. Особенности формообразования плетеного слоя.

3.1.3. Анализ степени наполнения плетеного слоя.

3.2. Выбор технологических параметров пултрузионного формования анкерных стержней.

3.2.1. Выбор компонентов.

3.2.2 Технологические режимы пултрузионного процесса.

3.2.3. Исследование процесса формования анкерного стержня в обогреваемом фильере.

3.2.4 Определение силовых параметров процесса.

Выводы.

4. Разработка конструкции и определение оптимальных параметров армополимерной анкерной крепи

4.1. Разработка конструкции армополимерной анкерной крепи

4.2. Методика и результаты лабораторных (стендовых) испытаний армополимерных анкеров.

4.2.1. Определение прочности стержней при растяжении.

4.2.2. Определение прочности стержней при срезе.

4.2.3. Определение деформационных характеристик.

4.2.4. Определение деформационно-силовых характеристик зажимов армополимерных анкеров.

4.3. Шахтные испытания армополимерных анкеров.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополимерного анкера для крепления подготовительных выработок"

Актуальность работы. Анкерная крепь широко используется в угольной отрасли. В отличие от обычных рамных, сплошных, бетонных и других крепей, анкерная крепь относится к активным видам крепи, так как она сразу же после установки противодействует развитию упруго-пластических деформаций и тем самым повышает устойчивость пород кровли.

Многолетний опыт применения анкерной крепи на угольных шахтах России подтверждает техническую целесообразность и экономическую эффективность крепления ею горных выработок. Она применяется в широком диапазоне горнотехнических условий и по сравнению с обычными подпорными крепями имеет целый ряд преимуществ: повышает безопасность ведения горных работ; позволяет обеспечить полную механизацию процесса крепления; требует меньшего расхода материала; позволяет уменьшить сечение горной выработки на 15-г20% и т.д.

Из наиболее существенных недостатков следует отметить ограничение ее применения по некоторым геологическим и горнотехническим факторам.

Следует отметить, что для многих горнотехнических условий требуется анкерная крепь, материал которой не оказывал бы сопротивления режущему инструменту исполнительного органа выемочной или проходческой машины, а также мог бы легко разрушаться при ведении взрывных работ и ручным инструментом, но при этом несущая способность её не должна уступать металлической анкерной крепи.

В наибольшей мере указанным требованиям отвечает полимерная анкерная крепь из стеклопластика, имеющего предел прочности на разрыв

2 2 более 100 кН/см и на срез 6ч-8 кН/см , однако, в этом случае следует иметь в виду низкие значения характеристик однонаправленных материалов при нагружении продольным сдвигом. Как известно, наибольшей прочностью на растяжение обладают стеклопластики с ориентированными стеклотканями при условии одновременной работы почти всех волокон на растяжение без их переплетения.

В настоящее время разработан целый ряд полимерных анкеров из однонаправленных композитов, имеющих определенные недостатки - это, в первую очередь, низкие значения характеристик в трансверсальном направлении и при сдвиге, излишний расход материала и т.п., кроме этого до настоящего времени не было освоено серийное производство этих анкеров.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Применение армополимерной анкерной крепи, имеющей оптимальные параметры и конструкцию, обеспечивает эффективное поддержание подготовительных горных выработок, а также повышение безопасности работ. Разработанная конструкция анкерного стержня из композиционного материала с гибридным пространственно-армированным наполнителем и плетеным слоем позволяет обеспечить прочностные характеристики при растяжении и срезе в 1,2 и 1,5 раза соответственно больше, чем в полимерных анкерах из однонаправленных композитов, при этом несущая способность анкерной крепи достигает 100 кН.

2. Деформационно-прочностные характеристики армополимерных анкеров зависят от структуры материала, используемого для изготовления анкерного стержня. Наиболее оптимальным композиционным материалом для производства анкерного стержня является спирально-армированный элемент с размерами, обеспечивающими отношение толщины слоя вспомогательной арматуры к толщине оплетаемого слоя, порядка 0,2ч-0,3, при этом плетеный армирующий слой должен содержать диагональную прядь.

3. Основной структурной характеристикой армированных стеклопластиков, используемых для изготовления анкерного стержня, является степень наполнения волокнистой арматурой. В материалах со спирально-армированным наполнителем она определяется степенью наполнения элементов, их формой и расположением в объеме материала, при этом степень наполнения спирально-армированных элементов зависит от давления опрессовки, определяемого усилиями, возникающими при пультрузионном формировании анкерного стержня.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• установлено влияние комплекса факторов на деформационно-силовые характеристики и несущую способность армополимерного анкера, являющихся основой для определения оптимальных параметров технологии анкерного крепления;

• установлена зависимость продольного модуля упругости и модуля сдвига материала анкерного стержня, от характеристик промежуточного слоя, что позволяет путем соответствующего подбора геометрических параметров и свойств слоя увеличить эти характеристики на 30-г60% по сравнению с однонаправленным композитом;

• установлена зависимость свойств анкерных стержней, изготовленных из композиционных материалов, от структурно-геометрических параметров и технологии их изготовления.

Методы исследований. При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий в себя: систематизацию и критический анализ литературных данных и результатов научно-исследовательских работ; экспериментальные исследования на стенде и в промышленных условиях с использованием математического и физического моделирования, а также математической статистики при анализе и обобщении результатов исследований.

Достоверность результатов исследований подтверждается применением апробированных натурных и лабораторных экспериментальных методов и методик; статистически обоснованным объемом испытаний; высоким значением критериев достоверности и надежности установленных зависимостей с доверительной вероятностью 0,95; удовлетворительной сходимостью расчетных данных, результатов стендовых и натурных экспериментов на шахтах ОАО "Воркутауголь" (расхождение не превышает 15%).

Практическая значимость работы состоит в:

• повышении эффективности крепления подготовительных выработок ар-мополимерными анкерами;

• создании конструкции армополимерного анкерного стержня, отвечающего условиям эксплуатации в угольных шахтах;

• разработке материала, обеспечивающего повышение сдвиговых характеристик и прочности при продольном растяжении;

• получении новых данных о свойствах материала на основе спирально-армированных наполнителей при различных видах нагружения;

• разработке технологического процесса изготовления анкерного стержня.

Реализация работы. Результаты работы используются при решении вопросов проведения и крепления горных выработок на шахтах «Северная», «Воркутинская», «Воргашорская» и др. «ОАО «Воркутауголь».

Результаты исследований вошли составной частью в "Методику испытаний анкерных крепей для ОАО "Воркутауголь", "Типовую отраслевую методику испытаний анкерных крепей", а также в "Руководство по применению анкера полимерного композиционного (АПК)".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического совета ОАО "Воркутауголь" (2005-2007 г.г.) и ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского (2007 г.), а также на 5-й межрегиональной научно-практической конференции: «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения" (Воркута, 2007 г.).

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Шпилько, Сергей Иванович

ВЫВОДЫ

1. Приведенные результаты экспериментальных исследований подтверждают полученные данные о том, что разработанная конструкция материала с гибридным пространственно армированным наполнителем позволяет получать композиты с улучшенными характеристиками при трансверсальном нагружении и сдвиге, что обеспечит эффективное крепление горных выработок армополимерной анкерной крепью

2. Несущая способность стержня анкера равна: сплошного - 37 т и трубчатого с внутренним диаметром 9 мм - 29,5 т. Остаточная прочность анкерного стержня - 142 МПа, а остаточная несущая способность равна 4,5 т для сплошного стержня и 3,6 т для трубчатого. При реально действующих нагрузках, созданные полимерные анкера будут работать только в режиме упругого деформирования. Упругая деформация при нагрузке 5 т и растягивающей части стержня анкера длиной 2 м составит для монолитного 6,55 мм, а для трубчатого 8,23 мм.

3. Анализ полученных результатов, полученных при проведении стендовых испытаний зажимов полимерных композиционных анкеров АПК(К) и АПК(Б) показал, что деформационно-силовые характеристики испытанных 18 образцов зажимов армополимерного анкера АПК(К) имеют весьма близкие значения. Уровень нагрузки на стержень анкера, при котором происходит срыв или поломка зажимов, составляет 75+90 кН. Смещения испытанных захватов относительно стержня анкера при указанном уровне нагрузки составляли 42+48 мм. Исполнение зажима конструкции АПК (Б) имеет существенно более жёсткие деформационные характеристики. Несущая способность 15 испытанных образцов такого зажима достигает 83-102 кН при его смещениях относительно стержня на 19+23 мм.

4. Анализ результатов шахтных испытаний показал, что армополимерные анкера АПК(К) и АПК (Б на основе использования спирально армированных наполнителей обеспечивают несущую способность в пределах 75+102 кН при величине смещения анкера до 20 мм. При этом несущая способность 17 образцов испытанных анкеров АПК(К) составила 75+100 МПа. Для большинства анкеров смещение без вырывания составило порядка 100 мм при максимальной несущей способности порядка 100 кН. Несущая способность 15 испытанных анкеров АПК(Б) составила 90ч-102 МПа. Обобщая полученные результаты можно констатировать, что по своим параметрам (несущая способность) разработанный армополимерный анкер АПК сопоставим со сталеполимерными анкерами, в тоже самое время он обладает более высокой податливостью более чем в 2-3 раза.

5. Обобщенные результаты опытно-промышленных испытаний и промышленной эксплуатации разработанной армополимерной анкерной крепи АПК в течение 2005-2007 г.г. на шахтах ОАО "Воркутауголь" показывают, что анкера на основе использования композиционных материалов со спирально армированным наполнителем имеют высокую несущую способность порядка 90-7-100 кН, что позволяет расширить область применения полимерных анкеров в более сложных горнотехнических условиях угольных шахт России.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

2. Установлена зависимость физико-механических свойств композиционного материала от его структуры и технологических параметров изготовления армополимерного анкерного стержня. Основной структурной характеристикой армированных стеклопластиков, является степень наполнения волокнистой арматурой, при этом степень наполнения спирально-армированных элементов зависит от давления опрессовки, определяемого усилиями, возникающими при пультрузионном формировании анкерного стержня.

3. В результате исследований установлено, что деформационно-прочностные характеристики армополимерных анкеров зависят от структуры материала, используемого для изготовления анкерного стержня. Наиболее оптимальным композиционным материалом для производства анкерного стержня является спирально-армированный элемент с размерами, обеспечивающими отношение толщины слоя вспомогательной арматуры к толщине оплетаемого слоя, порядка 0,2+0,3, при этом плетенный армирующий слой должен быть образован ромбическими ячейками, содержащими диагональную прядь.

4. Установлена зависимость продольного модуля упругости и модуля сдвига материала анкерного стержня, от характеристик промежуточного слоя, позволяющая путем соответствующего подбора геометрических параметров и свойств слоя увеличить эти характеристики на 30+60% по сравнению с однонаправленным композитом, что обеспечивает прочностные характеристики анкера при растяжении и срезе в 1,2 и 1,5 раза соответственно больше, чем в полимерных анкерах из однонаправленных композитах.

5. Разработано две конструкции армополимерной анкерной крепи высокой несущей способности порядка 100 кН, обеспечивающие снижение трудоёмкости и повышение безопасности процесса крепления, которые отличаются типом зажима анкера.

Стендовые испытания зажимов показали, что деформационно-силовые характеристики резьбового зажима анкера АПК (К), при которых происходит их срыв, составляют порядка 75+90 кН и их смещении 42+48 мм, для конусного зажима анкера АПК (Б) эти показатели составили соответственно 83+102 кН и 19+23 мм.

6. Проведенные опытно-промышленные испытания разработанной ар-мополимерной анкерной крепи в условиях шахты "Северная" ОАО "Воркутауголь" показали, что анкера на основе использования композиционных материалов со спирально армированным наполнителем имеют высокую несущую способность порядка 100 кН, что позволяет повысить эффективность крепление подготовительных горных выработок в различных горнотехнических условиях.

7. Разработанный анкер полимерный композиционный (АПК) допущен к применению в угольных и сланцевых шахтах на основании разрешения Госгортехнадзора России № РСС.04 - 11027. Серийное производство армополимерных анкеров АПК(К) и АПК(Б) освоено в ОАО "Тверьстеклопластик". Разработанные анкера постоянно применяются на всех шахтах ОАО "Воркутауголь" с 2005 г.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шпилько, Сергей Иванович, Москва

1. Есаков А.А., Астраханцев А.Л., Крыжановский В.Б., Капуста И.Ф. Некоторые особенности отверждения стеклопластиковых профилей большого сечения // Электротехническая промышленность.-1981,- №7. - С Л-2.

2. Заславский Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок.- М.: Недра, 1989.-295с.

3. Широков А.П. Состояние и перспективы применения анкерной крепи в условиях шахт Кузбасса. // Уголь.-1990.- №2.-С.15-19.

4. Змиевская О.Р., Носова Т.С. Укрепление неустойчивых горных пород пластифицированными карбамидными смолами.// Научные сообщения ИГД им. А.А. Скачинского, вып. 223.-М.:ИГД.-1983.-С.119-125.

5. Катков Г.А., Ерохин Л.В. Прогноз и предотвращение обрушений пород в горных выработках. // Труды IX Всесоюзной конференции по механике твердых пород. -Фрунзе: ДНТП. -1989.- С.34-38.

6. Кошелев К.В., Куракалов А.Н., Репка В.В. Физико-химические способы укрепления вмещающих пород. //Шахтное строительство. -1983.- №8.-с.7-9.

7. Хайкин А.И. Упрочнение пучащих почв подготовительных выработок глубоких шахт полимерными анкерами.// Шахтное строительство,-1990.-№2.-С.20-22.

8. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980.-135с.

9. Зиновьев П.А. Расчёт конструкций из композиционных материалов. -М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1982.- 63 с.

10. Васильев В.В., Леваченко В.И. Технология физико-химического упрочнения горных пород. -М.: Недра, 1991.-267 с.

11. И. А.с. 1047049, МКИ В 29 G 7/00. Способ изготовлений стержней из армированных пластиков / В.В.Чесноков, Г.Е.Фрегер (СССР). №2952117/2312; заявлено 20.04.81; Опубл. 24.03.83, Бюл. №37 - 328с.

12. А.с. №952650, МКИ В 29 G 7/00. Установка для изготовления профильных изделий из волокнистого полимерного материала / Г.И.Морвашок, И.Ф.Ка- рагезов, В.Я.Глечян, Ч.Г.Агаев (СССР).- №2968419/23-05; заявлено 04.08.80; 0публ.24.03.83, Бюл. №31 96с.

13. Васильев В.В. Полимерные композиции в горном деле. М.: Наука, 1986.-255с.

14. Ефименко А.А., Лепешкин B.C., Горожаев Ф.Г. Проведение и ремонт выработок с применением технологии упрочнения углепородных массивов. // Уголь. -1989.- №11.-С.20-24.

15. Добрынин С.В. Моделирование процессов деформирования и разрушения полимерных композитных материалов с учетом особенностей структуры и режимов нагружения //Заводская лаборатория .-199!.-№!.- С.43-46.

16. Ориентированные профильные стеклопластики // Обзорная информация. -М.: НИИТЕХИМ. 1991. - 64 с.

17. Пластики конструкционного назначения / Под ред. Е.Б. Тростянской. М.: Химия, 1974.-304 с.

18. Производство кабелей и проводов / Под ред. Н.И. Беларуссова, И.Б.Пешкова .- М.: Энергия, 1981.- 632с.

19. Промышленные полимерные композиционные материалы / Под ред. М. Ригардсона. Пер.с англ. /Под ред. П.Г. Бабаевского. -М.: Химия, 1980,- 472 с.

20. Рогинский C.JI.', Канович М.З., Колтунов М.А. Высокопрочные стеклопластики. М.: Химия, 1979. - 144 с.

21. Хитров В.В., Каторжнов Ю.И. Технологические способы повышения несущей способности сжимаемых стержней // Механика композиционных материалов.-1985.-№2.- С.316-322.

22. Scola D.A., Roylance М.Е. The effect of process variables on the dry and wet shear strength of fiber reinforced polysulfone composites. // 23rd Nat. SAMPE Symp. and Exhib.- Anheim, Calif.(USA)/ -1978. P. 950-979.

23. Wang S.J. Microscopic failure mechanisms of an unidirectional glass fiber composite. Fatigue and fract// Eng. Mater, and Struct. -1991. № 4. - C.391-403.

24. Ирген Jl.A. Создание новых композиционных материалов с использованием явлений на границе раздела фаз. // Изв. Ан Латв. ССР. -1987.- № 3. С. 9-16.

25. Кобец Л.П., Никитенко Ж.Т. К вопросу о дефектах на границе раздела в полимерных композитных материалах. // Механика композитных материалов. 1982. - № 3. - С. 546-557.

26. Поляков В.Л. Анализ влияния некоторых свойств армирующих материалов и параметров намотки на прочность композитов // Методы расчета и проблемы прочности конструкций из современных материалов. Владивосток: ДНТП. - 1983. - С.76-79.

27. Немировский Ю.В., Пятаев С.Ф. Прочность и жесткость композиционных материалов волокнистой структуры с учетом переходной зоны. // Прикл. Мех.-1991.- №10. С.61-66.

28. Липатов Ю.С. Процессы, развивающиеся на границе волокно-связующее. Влияние состояния поверхности на физико-механические свойства композитных материалов// Ж-л Всес.хим.общества им. Д.И.Менделеева.- 1978.-№ 3. С. 305-309.

29. Скола Д. Высокомодульные волокна и поверхность раздела в полимерных волокнистых композитах. // Поверхности раздела в полимерных композитах.-М.: Мир, 1978.-С. 228-291.

30. Сагалаев Г.В., Симонов-Емельянов М.Д., Бабакова Л.Н. Характеристики межфазного слоя в наполненных полимерных системах // Пластические массы.-1974.-№2.-С. 51-54.

31. Fucuda Hiroshi, Fucunaga Hisao, Chou Tsu-Wei. Probabilistic strength analyses of interlaminated hybrid composites // Compos. Sci. and Technol.- 1997.-№4.- C.331-345.

32. Chou T.W., Fukuda H. Monte Carlo simulation of the strength of hybrid composites // G. Compos. Mater.- 1982,- № 5. P.371-375.

33. Vollmat S., Pompe W. Zur Einfluss von Zwischenschichten auf die mecha-nischen Eigenschaften von Teilchanverbunden // Plaste und Kautschuk.- 1988.-№2. P.78-83.

34. Новикова O.A. Регулирование свойств граничного слоя// Пластические массы.- 1987.-№ 1.-С. 24-25.

35. Vinson J.R. On the state of technology and trends in composite materials in the United States // US Conf. Compos.Mater.: Mech.,Mech. Prop.and Fabr.Jap.-Tokyo.( Jap.).-1981.- P.353-361.

36. Молчанов Ю.М., Родин Ю.П., Кисис Э.Р. Некоторые особенности структурных изменений эпоксидной смолы под воздействием магнитных полей // Механика полимеров,- 1988.- № 4. С.583-587.

37. Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Вишняков JT.P. Новые композиционные материалы. К.: Вища школа, 1977. - 312 с.

38. Piellisch Richard. Weaving an aircraft //Aerosp.Amer. -1992.- № 2.- C.54-65.

39. Глуханов Н.П., Федорова Н.Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1982. - 159 с.

40. Гуняев Г.М., Жигун И.Г. Сопротивление сдвигу композитов на основе вискезиированных волокон. // Механика полимеров,- 1983.- № 3. С. 492501.

41. Hardaker К.М., Richardson М.О. Trends in hybrid composite technology // Polym. Plast.Technol. and Eng.- 1990. -№2. - P. 169-182.

42. Manders P.W., Bader M.G. The strength of hybrid glass/carbon fibre composites .A statistical model// J. Compos.Mater.- -1981.- №.8. P.2246-2256.

43. Doyle C. Nicely, Samuel J. Davis. Inextensible filamentary structures, and fabrics wolen therefrom// J. Compos.Mater.- 1971.-№2.- P. 363-369.

44. Halpin J.C., Jerine K., Whitney J.M. The laminate analogy for 2 and 3 dimensional composite materials // J. Compos.Mater.-1991.- №1. P.36-49.

45. Poss A.L. Designing with three directional composites // Mech.Eng.- 1985,-№4.- P.32-37.

46. Жигун И.Г., Поляков B.A. Свойства пространственно армированных пластиков. Рига: Зинатне, 1978. - 215 с.

47. Developments in Reinforced Plastics. // Properties of Laminates. London: G. Pritchard. -1982- 183 p.

48. Жигун И.Г., Грушко B.E., Матвеева И.А. Механические свойства трехмерно армированных стеклопластиков с переменным углом укладки арматуры по высоте // Механика композитных материалов,- 1983,- № 4. -С. 696-700.

49. Adams D.F. Micro-analysis of the behavior of a three dimensionally reinforced carbon - carbon composite material // Mater.Sci. Eng.- 1986,- №1. - P. 55-68.

50. Крегер А.Ф., Тетере Г.А. Применение методов усреднения для определения вязкоупругих свойств пространственно армированных композитов // Механика композитных материалов .- 1989.- № 4. С. 617-624.

51. Крегер А.Ф. Определение деформативных свойств композитного материала, армированного пространственно-криволинейной арматурой // Механика композитных материалов 1989.- № 5. С.790-793.

52. Зилауц А.Ф., Крегер А.Ф. Анализ интегральных характеристик деформируемости некоторых двухмерно- и терхмерно-армированных композитов // Механика композитных материалов,- 1989.-№ 1. С. 21-26.

53. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетере Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига: Зинатне, 1980. - 571 с.

54. Хорошун Л.П., Маслов Б.П. Эффективные характеристики материалов, пространственно армированных короткими волокнами // Механика композитных материалов.- 1979.-№ 1.- С. 3-9.

55. Крегер А.Ф., Тетере Г.А. Оптимизация структуры пространственно армированных композитов в задачах устойчивости // Механика композитных материалов.- 1987.- № 1. С. 79-85.

56. Томашевский В.Т., Романов Д.А., Шалыгин В.Н. Эффективность радиального армирования толстостенных оболочек из композиционных материалов // Прикладная механика,- 1979.- № 3. С.28-33.

57. Morley I.J. Composite materials: designing for strucyural integrity // Contemporary Physics.- 1987. №3. - P.257-292.

58. Высокопрочный боропластик типа KMB-3 повышенной технологичности/А.Т.Туманов, В.А.Ярцев, А.Н.Коротаев и др. М.: ОНТИ, ВИАМ, 2, 1977.-е. 187.

59. Гуняев Г.М, Кувшинов Н.П., Ярцев В.А. Армирующие наполнители для боропластиков. М.: ВИАМ, 1977. - 187с.

60. Achenbach J.D., Zhu Н. Effect of interfacial zone on mechanical behavior and failure of fiber-reinforced composites// Mater.Sci. Eng. -1989. -37. -№ 3.- C. 381-393.

61. Юдин B.E., Володин В.П., Кенунен И.В. Оценка вязкоупругих свойств матрицы в волокнистом композитном материале методом свободнозату-хающих крутильных колебаний // Механика композитных материалов.-1991.-№3.- С.542-546.

62. Жовнер Б.А., Царев В.Ф. Формование профилей прямоугольного сечения методом пултрузии // Авиационная промышленность. 1992.- №1.- С.25-26.

63. Жовнер В.А. Формование профилей из ПКМ методом пултрузии // Труды конф. «Технология производства деталей из композитов». Киев: НИАТ.-1991.- С.30-31.

64. Goldsworthy W.B. Advancement in manufactoring technology filamentary composite structures. 11 15th National SAMPE Technical Conference.-Bost.(US A).-1989.-P.356-369.

65. Фрегер Т.Е. Напряжённо деформированное состояние спирально армированных композитов при трансверсальном нагружении // Механика композитных материалов.-1983.- №6.- С. 989-995.

66. Добровольский А.К., Протасов К.Г., Пискунов Н.В. Сопротивление поперечно-сшитых стеклопластиков межслойному сдвигу // Применение пластмасс в машиностроении. М.: МВТУ им.Баумана.- №5.- 1986. - С.20-25.

67. Тарнапольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно армированные композиционные материалы.- М.: Машиностроение, 1987.- 224с.

68. Терентьева М.И., Ильин В.В. Изготовление деталей из композиционных материалов пултрузией // Техника и технология. -1985. №1. - С.3-11.

69. Martin G.D. Pultrusion new process. // Plastics Engineering.-1989.- Vol. 35.-№3,- P.53-57.

70. Merrott B.H., Van Herk H. GBP Profiles by the Pultrusion Process. // PACE.-1988.-№7.- P. 50-52.

71. Шевченко С.Ф., Степанов B.K., Аверьянова А.Г. Получение профильного материала с повышенной электрической прочностью протяжкой через обогреваемую фильеру: // Электротехническая промышленность.- 1989.-№11 .- С.9-11.

72. А.с. №1142301, МКИ В 29 С 55/30. Устройство для изготовления профильных изделий из композиционных материалов/ Г.И.Морванюк, И.Ф.Карагезов (СССР).- №3558089/23-05; заявлено 28.02.83; Опубл. 16.03.84, Бюл. №8 -62с.

73. Starr T.F. Structural Applications for pultruded Profilles // Procetding 2-nd Int. Compos. Mater. London.- Sept.- 1983.-№1.- P. 192-213.

74. Vaccari J.A. Automating composites fabrication // American Machinist.- 1987.-Vol.l31.-№ll.- P.87-98.

75. Shaw-Stewart D.E. Pullwinding // Symposium. Mass Production Composites Centre for Composite Materials.- London(GB).- 1989.- P. 193-210.

76. Вуд А.С. Установка для получения изделий одноосноориентированного волокнистого пластика : // Изобретения в СССР и за рубежом.-1981.- № 18.- С.85-88.

77. Гибсон А.Г. Способ изготовления изделий из смолы армированной углеродными волокнами: // Изобретения в СССР и за рубежом.-1980.- № 18.-С.55-56.

78. Шуль Г.С., Жовнер Б.А., Щукина J1.A. Исследование адгезионной способности эпоксидных матриц при взаимодействии с углеродным наполнителем // Труды межотр. конф. «Адгезионные соединения в машиностроении». Рига: Рижский политехи, ин-т.- 1989.- С.62-64.

79. Aleong С. ,Munro М. Effect of winding tension and cure schedule on residual stresses in radiallythich fibes composite rings // Polym. Eng. and Sci. -1991.-№18.- P.1344-1350.

80. Ван Фо Фы Г.А. Теория армированных материалов с покрытиями. Киев: Наукова думка, 1971.-232 с.

81. Скудра A.M., Булаве Ф.Я.,.Роценс К.А Ползучесть и статическая усталость армированных пластиков. Рига:3инатне, 1971. - 238с.

82. Соколов Е.А., Максимов Р.Д. Возможности предсказания ползучести армированного полимерными волокнами пластика по свойствам компонентов // Механика полимеров.-1978.-№6.- С. 1005-1012.

83. Справочник по композиционным материалам / Под ред. Дж. Любина, Пер. с англ. А.Б. Геллера и др. / Под ред. Б.Э.Геллера. М.: Машинострое ние, 1988.-448 е.

84. Степаненко Н.Д. О рациональном армировании конструкций из композиционных материалов // Докл. АН СССР. 1989.- № 4. - С. 878-881.

85. Справочник по специальным функциям / Под ред. М.А. Абрамович, И.А. Сбиган.- М.: Наука, 1979.- 830 с.

86. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.: Наука, 1968.- 720 с.

87. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1968. - 526 с.

88. Скудра A.M., Булаве Ф.Я. Прочность армированных пластиков. -М.: Химия,-1982. -213 с.

89. Болотин В.В., Воронцов А.Н., Мурзаханов Р.Х. Анализ технологических напряжений в намоточных изделиях из композитов на протяжении всего процесса изготовления// Механика композитных материалов,- 1980.- №3.-С.500-508.

90. Коротков С.В., Жовнер Б.А. Исследование методом ДСК влияния антиадгезионных добавок на время отверждения эпоксидных связующих в процессе пултрузии // Пластические массы. -1991. №5. - С.46.

91. Васючков Ю.Ф., Качак В.В. Повышение эффективности ведения горных работ с применением физико-химических способов укрепления массива. -М.: ЦНИЭИ, 1986.- 113с.

92. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1981.- 718 с.

93. Бельков В.М., Костиков В.И. Пьезоэлектрический метод изучения пропитки волокнистых материалов // Капиллярные и адгезионные свойства расплавов. К.:Наукова думка. - 1987. - С.96-100.

94. Larock J.A., Hahn Н.Т., Evans D.J. Pultrusion procesess for thermoplastics composites // 44th Ann.Conf.and Focus'89. USA.- 1989. - P.56-62.

95. Козувлева Л.В., Фирсов B.A., Зайцев Ю.С. Жизнеспособные связующие на основе эпоксидных смол солей третичных аминов // Пластические массы. 1984. - №5. - С.23.

96. Крыжаноский В.Б., Есаков А.С., Капуста И.Ф., Синица Г.И., Перебина Е.В. Связующие для профильных стеклопластиков // Электротехническая промышленность. 1983. - №10. - С. 15-16.

97. Hollaway L., Romhi A., Gunn М. Optimisation of adhesive bonded composite tubular sections // Compos. Struct.-1990. -№ 1. C. 125-170.

98. Mac C.M., Hwanq J.S., Shih M.C. Effects of the Processinq Parameters on Pultrusion Process // Processinq 6th Int. Conf. Compos.Mater. Combined 2nd Eur.Conf.Compos.Mater. -London.-1987. P. 1.110-1.120.

99. Martin G.D. Pultrusion // Plastics products Desiqn Handbook, Part B. Marcel Dekker. Inc.- New York. - 1983. - P.37-74.

100. Устинова A.M., Олейникова E.B., Липская B.A., Белобров H.C., Воробьев А.Н. Быстроотверждающиеся эпоксидные связующие // Пластические массы. 1983.- №3. - С.34-35.

101. Sumerak J.E. Understandinq Pultrusion Process Variables for the First Time // Plastics Technoloqy. 1985. - №3. - P.83-85.

102. Sumerak J.E., Martin J.D. It's Time We Really Understood Pultrusion Process Variables // Plastics Technoloqy. 1984.- №2. - P. 13-19.

103. Aylward L., Douqlas С., Roylance D.A Transient finite element model for pultrusion processinq // Polymer Process Enjineerinq. 1985. - №3. - P.247-261.

104. Определение зольности, степени отверждения и содержания полимерных связующих в стеклопластиках .- М.: ВИАМ.,1981. 4 с.

105. Егоров JT.А., Тюрин А.А., Миткевич А.Б. Модель фильтрации связующего на этапе намотки композита // Механика композитных материалов. 1987. -№6. - С.1127 -1129.

106. ПО.Бочкарев С.В., Гимерверт Д.А. Фильтрация полимерного связующего в изделиях из композитных материалов при намотке в неоднородном температурном поле // Механика композитных материалов. 1989. - №4. -С.732-736.

107. Колосов А.Е. Пропитка волокнистых наполнителей связующим. I. Кинетические уравнения продольной и поперечной пропитки // Механика композитных материалов. 1987. - №5. - С.878-886.

108. Алфутов Н.А., Таирова Л.И. Возможности определения свойств монослоя в композите // Методы и средства диагностики несущей способности изделий из композитов. Рига: Зинатне, 1986. - С.212-215.

109. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. -264 с.

110. Надежность технических систем. Справочник М., Радио и связь, 1985, 608 с.

111. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М., Наука, 1964, - 576с.

112. Ван дер Варден. Матеметическая статистика. М., изд. Иностранной литературы, 1960, - 434с.

113. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России, С-Петербург, ВНИМИ, 2000г.

Информация о работе

Шпилько, Сергей Иванович
кандидата технических наук
Москва, 2007
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополимерного анкера для крепления подготовительных выработок - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Обоснование оптимальных параметров и разработка конструкции армополимерного анкера для крепления подготовительных выработок - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы