Nieniszcząca metoda badania stanu obciążenia obudowy kotwowej długiej wykonanej z tworzywa sztucznego

• Autorzy: Skrzypkowski K. , Korzeniowski W. , Zagórski K. , Lalik K. , Dominik I. , Kwaśniewski J.

Warianty tytułu

EN

Non-destructive testing method of the load state of the long rock bolt support made from glass reinforced plastic

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono statyczne badania żerdzi kotwowej wykonanej z tworzywa sztucznego o długości 5,5 m, które przeprowadzono na nowoczesnym stanowisku laboratoryjnym Katedry Górnictwa Podziemnego Akademii Górniczo-Hutniczej. Scharakteryzowano innowacyjny Samowzbudny System Akustyczny (SAS) do pomiaru zmian naprężeń w obudowie kotwowej. System może zostać zastosowany do nieniszczącej oceny stanu wytężenia kotwi wokół wyrobisk górniczych jak również w tunelach. Celem badań było porównanie wyników rejestrowanych przez dwa różne systemy pomiarowe, dzięki którym będzie możliwa ocena obciążenia długiej obudowy kotwowej metodą nieniszczącą. Określając obciążenie obudowy kotwowej, należy mieć na uwadze szybkość i prostotę wykonania pomiaru, dostęp do czujnika, dokładność odczytu i pomiaru. Ponadto trzeba wziąć pod uwagę możliwość zniszczenia czujnika w wyniku procesu technologicznego lub występowania zagrożeń naturalnych. Pod względem ekonomicznym muszą być zachowane „techniczno-bilansowe prawa produkcji”, które wykluczają stosowanie czujników obciążenia na każdej z kotew. Stosowanie pojedynczych czujników obciążenia obudowy kotwowej w przypadku stanów granicznych pozwala na podejmowanie odpowiednich działań zabezpieczających załogę górniczą przed nagłą utratą stateczności wyrobiska. W pracy przedstawiono dwa podstawowe efekty wykorzystywane w ultradźwiękowym systemie pomiarowym. Pierwszym efektem było występowanie stabilnego cyklu granicznego drgań dla układu z dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Efekt ten nazywany jest efektem samowzbudzenia. Drugi przywołany efekt to efekt elastoakustyczny. Oznacza on, że wraz ze zmianą naprężeń w materiale sprężystym następuje zmiana prędkości propagacji fali. W związku z tym zmienia się także czas jej propagacji pomiędzy głowicami. Efekt ten manifestuje się w zmianie częstotliwości drgań samowzbudnych. Z tego powodu poprzez pomiar częstotliwości drgań samowzbudnych możliwe jest pośrednie określenie stopnia wytężenia badanego materiału.

EN

The paper presents the statical research tests of rod bolt made of plastic with a length of 5.5 m, which were performed in a modern laboratory test facility at the Department of Underground Mining of the University of Science and Technology. Innovative The Self-excited Acoustic System (SAS) used to measure stress changes in the bolt support was characterized. The system can be used for the non-destructive evaluation of the strain of the bolt around the excavations as well as in tunnels. The aim of the study was to compare the results recorded by two different measuring systems, thanks to which it will be possible to assess the load of long bolt support by means of the non-destructive method. The speed and simplicity of measurement, access to the sensors, accuracy of measurement and reading should be kept in mind in determining the load of rock bolt support. In addition, the possibility of damage to the sensor as a result of technological or natural hazards should also be taken into account. In economic conditions, the „technical - balance laws of production”, which excludes the use of load sensors on each bolt must be preserved. The use of individual load sensors of rock bolt support for the boundary state, allows appropriate protection actions of the mining crew against sudden loss of excavation stability to be taken. The paper presents two basic effects used in the ultrasonic measurement system. The first result was the existence of stable limit cycle oscillations for positive feedback. This effect is called the self-excited effect. The second effect is called the elasto-acoustic effect. It means that with the change of elastic stresses in the material bring the change of the speed of propagation of the wave. In this connection, the propagation time between measuring heads is also changed. This effect manifests itself in the change in the oscillation frequency of the self-excited system. For this reason, by measuring the frequency of self-excited oscillation, it is possible to indirectly determine the level of effort of the tested material.

Słowa kluczowe

PL

obudowa kotwowa długa; metoda nieniszcząca

EN

long rock bolt support; nondestructive testing method

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 99
• Strony: 109--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Skrzypkowski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Korzeniowski W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Zagórski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Kraków

autor

Lalik K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Kraków

autor

Dominik I.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Kraków

autor

Kwaśniewski J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Kraków

Bibliografia

• 1. Korzeniowski i in. 2015 – Korzeniowski, W., Skrzypkowski, K. i Herezy, Ł. 2015. Laboratory method for evaluating the characteristics of expansion rock bolts subjected to axial tension. Archives of Mining Sciences Vol. 60, No. 1, s. 209–224.
• 2. Korzeniowski i in. 2017 – Korzeniowski, W., Skrzypkowski, K. i Zagórski, K. 2017. Reinforcement of underground excavation with expansion shell rock bolt equipped with deformable component. Studia Geotechnica et Mechnica Vol. 39, No. 1, s. 39–52
• 3. Korzeniowski, W. i Skrzypkowski, K. 2011. Metody wzmacniania górotworu przy obciążeniach dynamicznych. Przegląd Górniczy nr 3–4, s. 1–8.
• 4. Kwaśniewski i in.2012a – Kwaśniewski, J., Dominik, I., Konieczny, J. i Lalik, K. 2012a. Urządzenie do monitorowania zmian naprężeń. Biuletyn Urzędu Patentowego nr 16, s. 24.
• 5. Kwaśniewski i in. 2012b – Kwaśniewski, J., Dominik, I. i Lalik, K. 2012b. A self-excited acoustical system for stress measurement in a cement plant. Mechanics and Control Vol. 31, No. 1, s. 29–34.
• 6. Li, C.C. 2010. A new energy – absorbing bolt for rock support in high stress rock masses. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences Vol. 47, s. 396–404.
• 7. Masny, W. i Nierobisz, A. 2005. Doskonalenie oceny stateczności wyrobisk w obudowie kotwiowej. Przegląd Górniczy nr 6, s. 11–15
• 8. Minova, 2017. Kotwie urabialne w tworzywa sztucznego. Dokument elektroniczny Minova Ekochem S.A. Dokument elektroniczny. [Online] Dostępne w: www.minova.pl [Dostęp: 5.07.2017].
• 9. Nierobisz A., 2012. Rola obudowy w utrzymywaniu wyrobisk korytarzowych w warunkach zagrożenia tąpaniami. Studia – Rozprawy – Monografie. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa nr 887, Katowice.
• 10. Polska Norma 1998-PN-G-15091. Kotwie górnicze – Wymagania.
• 11. Skrzypkowski i in. 2015 – Skrzypkowski, K., Korzeniowski, W. i Herezy, Ł. 2015. Metody badania obudowy kotwowej w Katedrze Górnictwa Podziemnego AGH. Cuprum nr 3, s. 49–60.
• 12. Skrzypkowski i in. 2016 – Skrzypkowski, K., Zagórski, K. i Dudek, P. 2016. Zastosowanie drukarki 3D do produkcji prototypowej podkładki kotwowej. Przegląd Górniczy nr 3, s. 52–56.
• 13. Skrzypkowski, K. 2012. Zastosowanie obudowy kotwowej podatnej celem poprawy stateczności wyrobisk poprzez częściowe przejmowanie deformacji górotworu. Przegląd Górniczy nr 4, s. 1–11.
• 14. Skrzypkowski, K. 2017. Wzmocnienie wyrobisk komorowych poprzez zastosowanie dodatkowej obudowy w postaci stojaków drewnianych w podziemnych kopalniach rud miedzi. Rudy i Metale Nieżelazne Recykling nr 5, s. 10–15.
• 15. Skrzypkowski in. 2017 – Skrzypkowski, K., Korzeniowski, W., Zagórski, K. i Dudek, P. 2017. Application of long expansion rock bolt support in the underground mines of Legnica-Głogów Copper District. Studia Geotech-nica et Mechnica Vol. 39, No. 3, s. 47–57.
• 16. Turek i in. 2015 – Turek, M., Prusek, S. i Masny, W. 2015. Obudowa podporowo-kotwowa w kopalniach węgla kamiennego. Wyd. 1, Katowice: Główny Instytut Górnictwa.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).