Studies of new nonadhesive anchoring

Abstract

Purpose is to develop anchoring with nonadhesive high-strength roof bolting in terms of large pre-destructive deformations and its testing under laboratory conditions. Methods. Laboratory studies of hydration hardening of self-extending mixtures, carried out with the use of digital microscope Bresser LCD 40-1600x, have determined the features of hydration of the modified mixtures. The developed mixture, testing by means of unevenly-component three-axial pressure (UCTAP), has determined its strength within post-hydration period, elasticity module, and deformation module. Bench tests concerning anchor fastening by means of self-expending mixtures as well as anchor glue Cement KL have helped perform comparative analysis of adhesive technique to hold anchors fixed and nonadhesive one. Underground on-site research to fasten anchors while Franciszek Karol chamber strengthening in the context of Wieliczka mine made it possible to determine dynamics of anchor loading. Findings. It has been grounded experimentally that adding of Sika BV 3M ingredient to self-extending mixture results in up to 30% intensification of its strength limit on uniaxial compression. It has also been grounded experimentally that maximum effort to fasten anchor bolts by means of self-extending mixtures, excesses efforts for those bolts fastened with the help of resins more than twice. Analysis of operation mode of such anchors means that the action of anchor – fastener – rock system is close to that by modern energy absorbing bolts. Originality. A new concept of anchor fixation at the expense of their fastening by means of self-extending mixtures throughout the hole length has been formulated. During the hardening process, 30 – 50 MPa pressure is developed making it possible to intensify maximum fastening effort being more than two times higher to compare with adhesive technique. Moreover, constant resistance is provided in the process of the anchor bolts displacement within a hole; the resistance is similar to that provided by adhesive technique. Practical implications. The obtained results, having sufficient practical accuracy, can be used for the development of new anchoring in the context of large deformations of a stope boundary. If the parameters are substantiated theoretically and bench testing is passed, the proposed anchoring technique can be implemented in the stopes of coal mines, ore mines as well as nonmetallic ones. That favours the increase in load bearing capacity of the anchorage and rock support in terms of their elastic deformation.

Мета. Розробка анкерної системи з неадгезійним закріпленням болтів, яка має високу несучу здатність при великих предруйнівних деформаціях та її тестування в лабораторних умовах. Методика. Лабораторними дослідженнями гідратаційного твердіння сумішей, що саморозширюються, методом мікроскопії за допомогою цифрового мікроскопа Bresser LCD 40-1600x встановлено особливості протікання гідратації модифікованих сумішей. Тестуванням розробленої суміші на установці нерівно компонентного тривісного стиску (УНКТС) визначено її міцність у постгідратаційний період, модуль пружності, модуль деформації. Стендові дослідження зусилля закріплення анкерів сумішами, що саморозширюються, і анкерним клеєм Cement KL дозволили виконати порівняльний аналіз адгезійного та неадгезійного способів фіксації анкерів. Шахтні польові дослідження зусилля закріплення анкерів при укріпленні камери Franciszek Karol в умовах шахти “Величка” дозволили встановити динаміку навантаження анкерів. Результати. Експериментально доведено, що введення домішки Sika BV 3M у склад суміші, що саморозширюється, при гідратації підвищує межу її міцності на одноосьовий стиск до 30%. Експериментально доведено, що максимальне зусилля закріплення анкерних болтів сумішами, що розширюються, перевищує зусилля для болтів, закріплених смолами, більше, ніж у два рази. Аналіз режиму роботи таких анкерів свідчить, що система “анкер – закріплювач – порода” має механізм роботи близький до сучасних енерго-абсорбуючих болтів. Наукова новизна. Сформульована нова концепція фіксації анкерів за рахунок затиснення їх по всій довжині шпуру сумішами, що розширюються у процесі твердіння й створюють тиски 30 – 50 МПа, що дозволяє підвищити максимальне зусилля закріплення, порівняно з адгезійним способом, більше, ніж у 2 рази при забезпеченні постійного опору при переміщенні анкерних болтів у шпурі не менше, ніж адгезійним способом. Практична значимість. Отримані результати, з достатньою для практичного застосування точністю, можуть використовуватися для розробки нових способів анкерного кріплення при великих деформаціях контуру виробки. Запропонований спосіб анкерного кріплення, за умови теоретичного обґрунтування параметрів та стендової перевірки, може бути реалізований в гірничих виробках вугільних, рудних і нерудних шахт. Це сприяє підвищенню несучої здатності кріплення та підтриманню порід при їх запружному деформуванні.

Цель. Разработка анкерной системы с неадгезионным закреплением болтов, которая имеет высокую несущую способность при больших предразрушающих деформациях и ее тестирование в лабораторных условиях. Методика. Исследованиями гидратационного твердения саморасширяющихся смесей методом микроскопии установлены особенности протекания гидратации модифицированных смесей. Тестированием разработанной смеси на установке неравнокомпонентного трехосного сжатия определены ее прочность в постгидрата-ционный период, модуль упругости, модуль деформации. Стендовые исследования усилия закрепления анкеров саморасширяющимися смесями и анкерным клеем Cement KL позволили выполнить сравнительный анализ адгезионного и неадгезионного способов фиксации анкеров. Результаты. Экспериментально доказано, что введение добавки Sika BV 3M в состав саморасширяющейся при гидратации смеси повышает предел ее прочности на одноосное сжатие до 30%. Экспериментально доказано, что максимальное усилие закрепления анкерных болтов саморасширяющимися смесями превышает усилия для болтов, закрепленных смолами, больше, чем в два раза. Анализ режима работы таких анкеров свидетельствует, что система “анкер – закрепитель – порода” имеет механизм работы, близкий к современным энерго- абсорбирующим болтам. Научная новизна. Сформулирована новая концепция фиксации анкеров за счет зажатия их по всей длине шпура саморасширяющимися смесями, которые в процессе твердения создают давления 30 – 50 МПа, что позволяет повысить максимальное усилие закрепления, по сравнению с адгезионным способом, более, чем в 2 раза при обеспечении постоянного сопротивления при перемещении анкерных болтов в шпуре не менее, чем при адгезионном закреплении. Практическая значимость. Полученные результаты, с достаточной для практического применения точностью, могут использоваться для разработки новых способов анкерного крепления при больших деформациях контура выработки. Предложенный способ анкерного крепления, при условии теоретического обоснования параметров и стендовой проверки, может быть реализован в горных выработках угольных, рудных и нерудных шахт. Это способствует повышению несущей способности крепи и поддержанию пород при их заупругом деформировании.