Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Identification of rock bolt length in situ conditions

Staniek Andrzej

Diagnostyka

|

2021

|

Vol. 22, No. 2

67--73

EN

A rock bolt which is grouted into the rock strata may not be installed according to the assumed project. It concerns also cases where due to practical reasons it is impossible to drill a hole with a sufficient deepness. The consequence of that is that it is necessary to cut the rock bolt accordingly. Another case is where the rock bolt is damaged, cut or bent. Than it is desirable to check the quality of supporting elements – installed rock bolts and the length of insertion. In proposed paper an outline of a method for measurement of rock bolt length is presented. The method uses ultrasonic transducers and is based on a pulse emission of an impulse wave. As ultrasonic transducer works both as an emitter and receiver, the reflected wave is measured and the length of the object or the position of a crack or damage may be diagnosed.

PL

Żerdź kotwiowa, która jest wklejona w górotworze może być zamocowana nie zgodnie z założonym projektem. Dotyczy to również tych przypadków, w których ze względu na uwarunkowania techniczne nie możliwe jest odwiercenie otworu na zamierzoną głębokość. Konsekwencją tego jest konieczność skrócenia żerdzi odpowiednio do głębokości otworu. Innym powodem skrócenia żerdzi jest jej uszkodzenie, zerwanie lub zgięcie. W związku z tym jest zasadnym zdiagnozowanie poprawności działania zabezpieczenia kotwowego. W przedstawiony artykule opisana została metoda pomiaru długości żerdzi kotwiowych. W metodzie stosowane są głowice ultradźwiękowe, działające jako nadajnik i odbiornik sygnałów impulsowych. Impuls – fala ultradźwiękowa generowana przez głowicę odbija się od przeszkody, końca żerdzi lub uszkodzenia i powraca do punktu wymuszenia. Przez pomiar czasu pomiędzy wymuszeniem i odbiorem impulsu oraz na podstawie znajomości prędkości rozchodzenia się fali ultradźwiękowej długość żerdzi lub odcinka żerdzi jest wyznaczana.

2

Comparative Shear Tests of Bolt Rods Under Static and Dynamic Loading

Pytlik Andrzej

Studia Geotechnica et Mechanica

|

2020

|

Vol. 42, nr 2

151--167

EN

This article presents the methodology and results of single shear tests of bolt rods under dynamic impact loading generated by means of a drop hammer. Comparative analysis was also performed for bolt rod load capacity, stress and shear work under static and dynamic (impact) loading. The developed method of single shear testing of bolt rods under impact loading makes it possible to obtain repeatable test results concerning maximum bolt rod shearing force, shear stress and shear work values. Comparative shear tests of four types of bolt rods under static and impact loading showed that the APB-type bolt rods made of AP770 steel, which was characterised by having the highest strength, exhibited the greatest shear work. AM22- type bolt rods exhibited a very similar work value. Though the AM22-type bolt rods made of A500sh steel demonstrated lower strength than the APB-type bolts, as well as a smaller diameter and cross section, they dissipated the impact energy better thanks to their higher plasticity. This could indicate the direction of optimisation for bolt rods in order to increase their impact strength. Mathematical relationships were also formulated for selected tests, describing the real single shear courses F d =f(t ) of bolts under impact loading. The obtained relationships could be applied in the load assessment process of bolt rods intended for use under roof caving, tremor and rock burst conditions.

3

Anchoring principles of a new energy-absorbing expandable rock bolt

Wen Z., Jiang Y., Han Z., Yang S., Wang X.

Engineering Transactions

|

2016

|

Vol. 64, iss. 1

89--103

EN

The greater the mine, the harder stability control will be. And the conventional rock bolts do not adapt well to the severe rock stress conditions. An ideal bolt having a high resistance and large deformation should be developed. Based on the test results and theoretical study, this paper proposes an energy-absorbing expandable rock bolt, which consists of the bar, sleeve, bolt plate, nut, and bolt end. The anchoring mechanism and its efficiency were systematically analysed in the laboratory and in practice: the anchoring mechanism and supporting density, especially the quantitative relationship, were deduced under the Energy Balance Theory, that is, EB = 1 2 · n · F0 (u0 + 2∆u). As Compared with the conventional bolt and large deformation bolts, the new type of bolt could provide a larger constant resistance, even in the soft rock roadway with large squeezing deformation, the pulling force can be achieved by F = A · σ · f2, it mainly being generated by a normal stress acting on the pore surface. These characteristics are helpful in making the supported roadway safe. The amount of released energy during the large deforming process of the surrounding rock is expressed through conservation of energy, which can provide reference to the quantitative calculation of the bolt supporting system.

4

Współpraca kotwi z górotworem

Małkowski P., Stępień A.

Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie

|

2015

|

nr 11

24--33

PL

W artykule opisano zasady współpracy kotwi z górotworem, charakteryzując działanie kotwi wklejanych i mocowanych mechanicznie oraz mocowanych odcinkowo i na całej swojej długości. Omówiono także wpływ czynników technicznych, decydujących o skuteczności pracy pojedynczej kotwi. Stwierdzono, że największą nośność oraz najlepszy efekt wzmocnienia można uzyskać stosując kotwy iniekcyjne. Wskazano także najważniejsze czynniki wpływające na bezpieczeństwo pracy kotwi. Z analizy wynika, że o powodzeniu stosowania kotwi decydują przede wszystkim mocne niespękane skały, dobre wymieszanie spoiwa lub też proporcja wody i cementu równa 0,30–0,35 oraz średnica otworu kotwiowego większa o 4–5 mm od średnicy kotwi. Niezbędna jest także weryfikacja projektu kotwienia przy zmieniających się warunkach naturalnych oraz górniczych.

EN

The rules of bolt – rock mass interaction were described in the paper. The bound and frictional bolts were considered as well as bolts fully grouted to the rock body and bolts fixed in the short segment. The charts normal/shear stress vs. bolt lenght were presented to show the work difference. The technical factors decided on the bolts’ work effectiveness were discussed. The length of fixing, rock mass type, the bar construction, the way of fixing, the typy and thickness of the bound and pre-tension were considered. It was stated that the highest load bearing capacity and reinforcement effect one can get using fully grouted bolts. The most important factors influenced the rockbolting safety were discussed as well. Looking through the cases of study the success of rockbolting depends on: hard unjointed rocks, well mixed resin-grout or mortargrout and w/c proportion no higher than 0,3-0,35 and the borehole diameter 4-5 mm bigger than the bolt diameter. The bolt design verification is also very essential to use bolts successfully. It is very important when the natural conditions (eg. change of the lithology and rock properties, water inflow) or the mining conditions (changed distance to a gob or an exploiataion edge) were changed. The polish, english and american experiences were mainly taken into account during the analysis.

5

Kontrola stateczności wyrobisk korytarzowych wykonywanych w obudowie podporowo - kotwiowej i kotwiowej

Stasica J., Rak Z., Stopyra M

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2006

|

nr 4

7-14

PL

W niniejszym artykule, w oparciu o przeprowadzoną analizę metod kontroli stateczności wyrobisk korytarzowych wykonywanych w obudowie kotwiowej i podporowo-kotwiowej, scharakteryzowano i opisano najważniejsze z metod oraz podano wiele innych ciekawych propozycji kontroli stateczności wyrobisk wykonanych w obudowie podporowo-kotwiowej i kotwiowej.

EN

Basing on a study made on methods of stability control of gallery workings with rockbolt and combined prop/rockbolt support systems, characterised and described in this article are the most important methods, and a number of interesting proposals of stability control for underground mine workings made with combined prop/rockbolt or rockbolt support systems.

6

Metoda identyfikacji ciągłości wklejenia żerdzi kotwiowych w górotworze

Staniek A.

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

|

2005

|

nr 3

111-134

PL

W artykule przedstawiono metodę identyfikacji nieciągłości wklejenia żerdzi kotwiowych w górotworze. Metoda polega na wymuszeniu drgań badanego obiektu młotkiem udarowym i eksperymentalnej analizie modalnej. Otrzymane częstości własne porównywane są z wynikami teoretycznej analizy modalnej realizowanej na modelu elementów skończonych badanego obiektu dla różnych warunków brzegowych odpowiadających różnym przypadkom nieciągłości wklejenia Omówiono wyniki badań prowadzonych w warunkach stosowania obudowy kotwiowej dla przypadków o znanej i nieznanej długości wklejenia Przeprowadzono również analizę statystyczną otrzymanych wyników oraz przedsta-wiono wnioski końcowe.

EN

A rock bolt which is grouted underground may not be properly inserted with the result of discontinuity of a cement layer surrounding it. Such discontinuity may also occur in working conditions due to typical rock behavior and displacement. It may be very hazardous to mine safety. In this paper a method for non-destructive identification of discontinuity of a resin layer surrounding rock bolt is presented. The method uses modal analysis procedures and is based on an impact excitation where a response transducer is positioned at a visible part of a rock bolt. As an installed rock bolt acts as an oscillator, different length of discontinuity of resin layer changes its modal parameters. By proper extraction of these parameters, from which a resonant frequency is seen as most valuable, the intended identification is possible. At the first phase of research work measurements and analyses were performed in laboratory conditions on models with different types of discontinuity of a cement layer. A special stand was prepared and rock bolts were grouted into cement cylinders of different lengths and clinched to a 20-t foundation. Though there was a good correlation between obtained results, quite large interaction with supporting elements was observed. Not being unexpected it proved that such laboratory conditions can not be used as a reference for in situ measurements. What also was gained from laboratory measurements and analysis was the fact that most significant role in identification of different lengths of discontinuity of a resin layer, which form boundary conditions, play natural frequencies. Damping does not convey satisfactory information on that subject and may vary to a certain degree from sample to sample overshadowing its proper usefulness. Since tests in real conditions must be performed on relatively short length of a rock bolt, a mod shape usage was also constrained. One of the obstacles in making in situ measurements, especially in severe mine conditions, is lack of a relatively low cost apparatus used for acquiring and recording data These severe conditions are frequently met in coal mines where rock bolts are installed to support roof strata Because of this inventing and constructing of a portable measurement system was realized. As a programming tool the Lab VIEW program was used and as hardware a DAQ card installed on a laptop platform and worked out conditioning signal unit were introduced to the measurement chain. As a continuation of laboratory measurements and analysis relevant tests were performed at an experimental coal mine underground. One of technical problems was proper insertion of a rock bolt into a drill hole with known length and placement of its discontinuity. After overcoming this obstacle underground tests were realized and through relevant analysis the modal parameters, especially natural frequencies, were derived. The experimental setup is shown in Figure 3.

7

Method for identification of grouting coninuity of rock bolts

Staniek A.

Archives of Mining Sciences

|

2005

|

Vol. 50, no 3

371-396

EN

A rock bolt which is grouted underground may not be properly inserted which results in discontinuity of a resin layer surrounding it. Such discontinuity may also occur in working conditions due to typical rock behavior and displacement. It may be hazardous. In this paper a method for non-destructive identification of discontinuity of a resin layer surrounding rock bolts is presented. The method uses modal analysis procedures and is based on an impact excitation where a response transducer is positioned at a visible part of a rock bolt. As the installed rock bolt acts as an oscillator, different lengths of discontinuity of resin layer change its modal parameters. By proper extraction of these parameters, from which a resonant frequency is seen as the most valuable, the intended identification is possible. At the first phase of research work measurements and analyses were performed in laboratory conditions on models with different types of discontinuity of a resin layer. A special stand was prepared and rock bolts were grouted into resin cylinders of different lengths and clinched to a 20-t foundation. Though there was a good correlation between results obtained quite large interaction with supporting elements was observed. Not being unexpected it proved that such laboratory conditions can not be used as a reference for in situ measurements. What also was gained from laboratory measurements and analysis was the fact that most significant role in identification of different lengths of discontinuity of a resin layer, which form boundary conditions, play natural frequencies. Damping does not convey satisfactory information on that subject and may vary to a certain degree from sample to sample over shadowing its proper usefulness. Since tests in real conditions are performed on relatively short length of a rock bolt, a mode shape usage was also constrained. One of the obstacles of in situ measurements, especially in severe environmental conditions, is the lack of a relatively low cost apparatus to be used for acquiring and recording data. These severe conditions are frequently met in coal mines where rock bolts are installed to support roof sections. Because of this inventing and constructing of a portable measurement system was invented and constructed. As a programming tool the LabVIEW program was used and as hardware a DAQ card installed on a laptop platform and worked out conditioning signal unit were inserted to the measurement chain. As a continuation of laboratory measurements and analysis relevant tests were performed at an experimental coal mine underground. One of technical problems was proper insertion of the rock bolt into a roof section with known length and location of its discontinuity. After overcoming this obstacle underground tests were realized and through relevant analysis modal parameters, especially natural frequencies, were derived. The experiment setup is shown in Figure 3. Proper identification of the natural frequencies of the grouted rock bolt is a key point in determining a position and length of the discontinuity of a resin layer. But what is also needed is a reference point, with which our results may be compared. With this aim theoretical modal analysis was introduced and a base of Finite Element (FE) models were built for different types of discontinuities (different boundary conditions). Then the process of reconciliation of these two groups of models was undertaken and comparison between relevant known cases of discontinuities was made. An example of a Finite Element model and an analytical mode shape for such boundary conditions are presented in Figure 9. As there are many problems connected with proper reconciliation, exact experimental estimation of the physical properties of structural materials, including rock properties, was done. At the final stage many tests on unknown cases of discontinuity of a grout layer were performed. One of the example was the case when a particular rock bolt was exposed to explosion of dynamite charge localized in adjacent area in a coal mine roadway. The test was performed before and after the explosion. Satisfactory results were obtained. To sum up, the method consists mainly of two parts: proper derivation of modal parameters of an examined rock bolt, with natural frequencies seen as most valuable, and comparison with the data base of Finite Element models. The observed conclusions are: close relation between modal parameters and boundary conditions of tested structures exists, satisfactory repeatability for the same cases of discontinuity was obtained.

PL

Żerdź kotwiowa, która jest wklejona do górotworu, może nie być wklejona na całej swoje długości. Może być to następstwem ruchu górotworu lub nieprawidłowego wklejenia żerdzi. Stwarza to niebezpieczeństwo zawalenia stropu. W artykule przedstawiono metodę identyfikacji nieciągłości wklejenia żerdzi kotwiowych w górotworze. Metoda realizowana jest w oparciu o eksperymentalną analizę modalną, wymuszenie drgań badanego obiektu z wykorzystaniem młotka udarowego gdzie przetwornik odbiorczy (akcelerometr) umiejscowiony jest na wystającej z górotworu części żerdzi. Jako że wklejona żerdź może być traktowana jako układ drgający, różne długości wklejenia stanowią różne warunki brzegowe. Pociąga to za sobą zmianę parametrów opisujących własności dynamiczne badanej struktury a więc parametrów modalnych tj. częstotliwości drgań własnych, tłumienia tychże drgań oraz postaci drgań. Poprzez identyfikację tychże parametrów, gdzie częstotliwości drgań własnych wydają się być najbardziej wartościowym parametrem w proponowanej metodzie, określenie nieciągłości wklejenia jest możliwe. W pierwszym etapie pracy zostało utworzone stanowisko laboratoryjne i żerdzie kotwi owe były wklejane do cementowych walców, które z kolei mocowane były z wykorzystaniem imadeł do 20 t fundamentu. Chociaż osiągnięto dobrą powtarzalność dla różnych przypadków nieciągłości wklejenia to jednak obserwowano dużą interakcję pomiędzy badanym obiektem a układem mocującym. Stąd badane przypadki nie mogły stanowić odniesienia dla nieznanych przypadków wklejenia. Jednakże ważnym wnioskiem z badań laboratoryjnych było stwierdzenie związku przyczynowo - skutkowego pomiędzy długością wklejenia a odpowiedzią układu na wymuszenie. Stwierdzono, co zostało już wcześniej powiedziane, że najbardziej przydatnym parametrem modalnym są tu częstotliwości drgań własnych. Tłumienie drgań nie jest tu na tyle precyzyjnym (w sensie stabilności wartości dla danego przypadku nieciągłości) parametrem i może zmieniać się w pewnym zakresie, co obniża jego przydatność. Również postaci drgań mogą być otrzymane jedynie dla wystającego z górotworu odcinka żerdzi, niemniej postać drgań również jest wykorzystywana w procesie identyfikacji. Jedną z przeszkód, na które często napotykamy w przypadku pomiarów terenowych, szczególnie dotyczy to podziemi zakładów górniczych jest brak relatywnie taniej aparatury umożliwiającej pomiar funkcji przejścia. W związku z tym został skonstruowany system pomiarowy oparty na wirtualnym analizatorze funkcji przejścia, program utworzony został w środowisku LabVIEW wykorzystując ikoniczny język programowania. Dalszym elementem systemu pomiarowego było skonstruowanie układu wzmocnienia i kondycjonowania sygnału i przez kartę akwizycji danych przesyłanie mierzonych sygnałów z przetwornika siły (młotek udarowy) i akcelerometru do analizatora umiejscowionego rezydentnie w pamięci komputera typu laptop. Elementem wyjściowym analizy prowadzonej w warunkach terenowych była funkcja przejścia zapisywana w formacie UF (ang. universal file) Jako kontynuacja badań laboratoryjnych prowadzone były prace badawcze w warunkach rzeczywistych w Kopalni Doświadczalnej ,,Barbara" GIG. Problemem było kontrolowane wklejanie badanych żerdzi, ale po opracowaniu metody wklejenia tak aby znana była lokalizacja i długość nieciągłości przeprowadzono identyfikację parametrów modalnych dla badanych przypadków. Układ pomiarowy przedstawiony został na rys. 3. Właściwa identyfikacja jednakże była dopiero możliwa po utworzeniu teoretycznych modeli modalnych badanej struktury. Zrealizowano to w środowisku programowym PATRAN/NASTRAN i po utworzeniu szeregu modeli odpowiadających badanym empirycznie przypadkom przystąpiono do procesu dopasowania model. Przykład modelu elementów skończonych oraz postać drgań dla określonych warunków brzegowych przedstawiona została na rys. 9. Ponieważ jednym z kluczowych elementów dopasowania jest właściwy dobór parametrów materiałowych, zostały one wyznaczone empirycznie. Proces dopasowania modeli realizowano oparciu o porównanie funkcji przejścia otrzymanych dla modelu eksperymentalnego oraz teoretycznego (MES) a także poprzez analizę statystyczną otrzymanych wyników tj. wyznaczenie współczynnika korelacji oraz funkcji regresji liniowej dla odpowiadających sobie przypadków nieciągłości. Otrzymano w ten sposób zwalidowany model teoretyczny, który w dalszej części mógł być wykorzystany jako baza odniesienia dla nieznanych przypadków wklejenia. W ostatnim etapie badań przeprowadzono identyfikację nieciągłości wklejenia dla nie znanych wcześniej przypadków w kopalni węgla kamiennego, gdzie stosowana jest samodzielna obudowa kotwiowa. Otrzymane wyniki były zadawalające. Dodatkowo sprawdzono wpływ rodzaju skały na wyniki identyfikacji. Okazało się, iż w znacznych granicach wpływ nie jest tak bardzo istotny. Ważniejszymi parametrami są własności mechaniczne kleju (produkowanego na bazie żywicy poliestrowej) oraz samej żerdzi. Jako podsumowanie można stwierdzić, że opracowana metoda składa się z dwóch części: właściwej identyfikacji parametrów modalnych badanego układu mechanicznego żerdź-klej-górotwór i porównania otrzymanych wyników z bazą danych otrzymanych dla zwalidowanego modelu teoretycznego (MES). Wnioski końcowe to wyraźna zależność pomiędzy parametrami modalnymi badanych przypadków a warunkami brzegowymi. stanowionymi przez różne długości nieciągłości wklejenia. Drugim ważnym wnioskiem jest dobra powtarzalność wyników badań.