Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок
В статті подана порівняльна характеристика методів неруйнівного контролю неметалевих матеріалів, які є частиною охоронних конструкцій гірничих виробок. Приведені переваги та недоліки існуючих методів. Розглянуті можливості використання цих методів та засобів контролю в шахтних умовах....
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33284 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок / Л.В. Прохорец, М.В. Головин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 144-149. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-33284 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-332842012-05-28T12:56:41Z Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок Прохорец, Л.В. Головин, М.В. В статті подана порівняльна характеристика методів неруйнівного контролю неметалевих матеріалів, які є частиною охоронних конструкцій гірничих виробок. Приведені переваги та недоліки існуючих методів. Розглянуті можливості використання цих методів та засобів контролю в шахтних умовах. In article the comparative characteristic of methods of not destroying control of nonmetallic materials which are a part of security designs of mountain developments is given. Positive and negative qualities of existing methods are given. Opportunities of use of these methods and means of the control over mine conditions are considered. 2009 Article Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок / Л.В. Прохорец, М.В. Головин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 144-149. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33284 622.831 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В статті подана порівняльна характеристика методів неруйнівного контролю неметалевих матеріалів, які є частиною охоронних конструкцій гірничих виробок. Приведені переваги та недоліки існуючих методів. Розглянуті можливості використання цих методів та засобів контролю в шахтних умовах. |
| format |
Article |
| author |
Прохорец, Л.В. Головин, М.В. |
| spellingShingle |
Прохорец, Л.В. Головин, М.В. Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок Геотехническая механика |
| author_facet |
Прохорец, Л.В. Головин, М.В. |
| author_sort |
Прохорец, Л.В. |
| title |
Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок |
| title_short |
Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок |
| title_full |
Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок |
| title_fullStr |
Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок |
| title_full_unstemmed |
Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок |
| title_sort |
приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33284 |
| citation_txt |
Приложимость методов неразрушающего контроля свойств неметаллических элементов охранных конструкций горных выработок / Л.В. Прохорец, М.В. Головин // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 144-149. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT prohoreclv priložimostʹmetodovnerazrušaûŝegokontrolâsvojstvnemetalličeskihélementovohrannyhkonstrukcijgornyhvyrabotok AT golovinmv priložimostʹmetodovnerazrušaûŝegokontrolâsvojstvnemetalličeskihélementovohrannyhkonstrukcijgornyhvyrabotok |
| first_indexed |
2025-07-03T13:49:11Z |
| last_indexed |
2025-07-03T13:49:11Z |
| _version_ |
1836633871280504832 |
| fulltext |
144 Выпуск № 83
УДК 622.831
Л.В. Прохорец, инженер
(ИГТМ НАН Украины)
М.В. Головин (ЗАО «Донецксталь» –
металлургический завод»)
ПРИЛОЖИМОСТЬ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
СВОЙСТВ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ОХРАННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
В статті подана порівняльна характеристика методів неруйнівного контролю неметале-
вих матеріалів, які є частиною охоронних конструкцій гірничих виробок. Приведені переваги
та недоліки існуючих методів. Розглянуті можливості використання цих методів та засобів
контролю в шахтних умовах.
THE APPLICABILITY OF METHODS OF NOT DESTROYING CONTROL
OF PROPERTIES OF NONMETALLIC ELEMENTS OF SECURITY
DESIGNS OF MOUNTAIN DEVELOPMENTS
In article the comparative characteristic of methods of not destroying control of nonmetallic
materials which are a part of security designs of mountain developments is given. Positive and
negative qualities of existing methods are given. Opportunities of use of these methods and means
of the control over mine conditions are considered.
Современная практика подземной разработки полезных ископаемых свиде-
тельствует, что усложнение горно-геологических условий, переход горных ра-
бот на большие глубины существенно повышают трудовые и материальные за-
траты для обеспечения надежной эксплуатации горных выработок. Базовой
схемой крепления на сегодня является рамно-анкерная система. Как показывает
мировой и отечественный опыт, повышение деформационно-силовых характе-
ристик ее элементов только за счет наращивания поперечного сечения является
неэффективным [1]. Основным направлением по совершенствованию схем под-
держания горных выработок является создание комбинированных охранных
систем, в которых наряду с традиционными видами металлокрепи предполага-
ется широкое использование конструкций, выполненных с использованием
твердеющих смесей [2].
Возведение и эксплуатация указанных охранных конструкций неразрывно
связаны с необходимостью текущей оценки их состояния. Наиболее важной яв-
ляется информация о прочностных характеристиках материала. Она должна
быть получена непосредственно на месте расположения конструкции без нару-
шения ее целостности, что возможно только при использовании неразрушаю-
щих методов контроля.
Наиболее близким аналогом используемых в шахтном строительстве твер-
деющих смесей является бетон. Для него разработан целый ряд методов и
средств экспресс-оценки прочностных характеристик. В связи с особенностями
выполнения контроля в подземных условиях далеко не все методы могут быть
эффективно использованы. В настоящей публикации рассматривается вопрос о
возможности применения для твердеющих смесей в шахтных условиях извест-
ных для бетона методик оценки его прочностных свойств.
В нормативной и методической литературе [3] рекомендованы следующие
"Геотехническая механика" 145
методы экспресс–контроля бетона:
- методы местных разрушений – отрыв со скалыванием, скалывание ребра,
отрыв стальных дисков;
- ультразвуковые методы;
- методы ударного воздействия – упругий отскок, пластическая деформация,
ударный импульс.
На рис. 1 приведена обобщенная схема классификации всех вышеописанных
методов неразрушающего контроля твердеющих материалов.
Рис. 1 – Классификация методов неразрушающего контроля твердеющих материалов
Для практической реализации указанных методов существует большое ко-
личество различных средств контроля и методик их применения.
Наиболее точными являются методы с частичным разрушением бетона, хотя
отнесение их в категорию неразрушающего контроля может быть предметом
дискуссии. Метод отрыва со скалыванием позволяет контролировать прочность
бетона на глубине примерно до 50 мм. К недостаткам этого метода можно от-
нести высокую трудоемкость и невозможность его использования в густоарми-
рованных участках конструкций. Альтернативой является метод скалывания
ребра: к его достоинствам можно отнести более высокую производительность и
возможность испытания густоармированных участков конструкций. Из прибо-
ров, реализующих методы частичного разрушения бетона, в настоящий момент
Отрыв со
скалыванием
Экспресс-методы оценки проч-
ностных свойств твердеющих
материалов
Методы местных
разрушений
Ультразвуковые
методы
Методы ударного
воздействия
Ударный
импульс
Упругий
отскок
Пластическая
деформация
Скалывание
ребра
Отрыв стальных
дисков
146 Выпуск № 83
существует только две современных модели — «Скол» и «Отрыв», являющиеся
модификациями прибора ПОС-50МГ4. Это сравнительно небольшие по габари-
там и легкие приборы, развивающие усилия 30 кН и 50 кН, предназначенные
для контроля прочности бетона в диапазоне 5—100 МПа с погрешностью до
±2%. Но, все-таки известно, что как скол, так и отрыв – это виды разрушения
материала. Отрыв обусловлен действием нормальных растягивающих напряже-
ний, скол обусловлен действием касательных напряжений. Скол является более
сложным видом разрушения, чем отрыв, так как ему обычно предшествуют
значительные пластические деформации, вызывающие перераспределение на-
пряжений. То есть, так или иначе данные методы будут вызывать разрушение
конструкции, хоть и частичное. Кроме этого большинство контролируемых в
шахте объектов имеют плоскую поверхность без наличия ребристых выступов.
Указанные особенности не позволяют рекомендовать данные средства и мето-
дику для использования в шахтных условиях.
Ультразвуковой метод контроля прочности бетона является одним из наи-
более распространенных [4 - 6]. Он основан на корреляционных зависимостях
между скоростью прохождения упругих волн (преимущественно продольной) и
прочностными характеристиками (преимущественно пределом прочности на
одноосное сжатие).
Данные ультразвуковых измерений позволяют также оценить прочностные
свойства горных пород. В ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины совместно с
УкрНИМИ и НГУ разработана методика, которая основана на существовании
корреляционной связи предела прочности пород на сжатие с акустическими
свойствами (скоростями распространения и затуханием продольных и попереч-
ных волн) [7]. Для определения прочностных свойств пород по акустическим
измерениям в массиве необходимо предварительно установить наличие соот-
ветствующих зависимостей на образцах. Накоплено значительное количество
таких зависимостей для различных типов горных пород. Одна из таких зависи-
мостей, уравнение регрессии для горных пород, приведена ниже:
CBVAV ppсж
++= 2
σ ,
где A, B, C – коэффициенты уравнения регрессии; Vp – скорость распростране-
ния продольных упругих волн.
Данное уравнение следует использовать для массовых экспресс-
определений прочностных параметров горных пород.
В настоящее время разработано и серийно выпускается большое число низ-
кочастотных ультразвуковых приборов, которые могут быть использованы для
оценки свойств бетона и горных пород. Приборы первого поколения, наиболее
удачным из которых явился прибор УКБ-1М, были предназначены для работы
в стационарных условиях. Следующее поколение приборов, к которым можно
отнести УК-10П, УК-12П, УК14П имели батарейное питание, характеризова-
лись уменьшенными габаритами и весом и в отдельных случаях использовались
для выполнения измерений на шахтах, не опасных по газу и пыли. Из совре-
"Геотехническая механика" 147
менных приборов для контроля бетона следует отметить ультразвуковой тестер
УК1401, семейство приборов Пульсар и ряд других.
В 80-ые годы прошлого века проявляется большой интерес к ультразвуко-
вому методу для оценки состояния породного массива и создается целый ряд
средств, специально предназначенных для работы в шахтных условиях. Наи-
больший интерес представляют разработки ШУП-1 и УК-Прогноз, позволяю-
щие выполнять измерения в шахтах, опасных по газу и пыли. Их недостатком
является то, что они морально устаревшие. Это обуславливает ограниченность
использования таких приборов в настоящее время.
Метод упругого отскока, который относится к методам ударного взаимодей-
ствия, заключается в измерении величины обратного отскока ударника при со-
ударении с поверхностью бетона. Типичным представителем приборов для ис-
пытаний по этому методу является склерометр Шмидта и его многочисленные
аналоги. Метод упругого отскока основан на измерении поверхностной твердо-
сти бетона.
Метод пластической деформации основан на измерении размеров отпечатка,
который остался на поверхности бетона после соударения с ней стального ша-
рика. Метод устаревший, но до сих пор его используют из-за дешевизны обо-
рудования. Наиболее широко для таких испытаний используют молоток Каш-
карова, а также молоток Физделя.
Молоток Физделя основан на использовании пластических деформаций бе-
тонов. При ударе молотком по поверхности конструкции образуется лунка, по
диаметру которой и оценивают прочность материала.
Отличительная особенность молотка Кашкарова от молотка Физделя заклю-
чается в том, что между металлическим молотком и шариком имеется отвер-
стие, в которое вводится контрольный металлический стержень. При ударе мо-
лотком по поверхности конструкции получаются два отпечатка: на поверхности
материала и на контрольном (эталонном) стержне с разными диаметрами. От-
ношение диаметров получаемых отпечатков зависит от прочности обследуемо-
го материала и эталонного стержня и практически не зависит от скорости и си-
лы удара, наносимого молотком. Прочность материала определяют по среднему
значению отношения этих диаметров.
Одним из недостатков вышеописанных методов является то, что определе-
ние характеристик бетона производится по одному показателю, соответствую-
щему определенному свойству бетона. Склерометрический метод, используя
диаметр отпечатков, учитывает только пластические свойства, а методы упру-
гого отскока и ультразвуковой учитывают только упругие свойства бетона. Но
прочность любого материала является многопараметровой функцией. Поэтому
рассмотренные косвенные характеристики имеют сложную и не всегда надеж-
ную связь с прочностью. Если проводить комплексные испытания и использо-
вать несколько косвенных характеристик, то точность измерения повышается.
Более существенным недостатком, применительно к перспективе использо-
вания существующих в рамках данных методов технических средств для оцен-
ки свойств твердеющих строительных смесей в шахтных условиях, является их
148 Выпуск № 83
низкая устойчивость механической части к воздействию агрессивной среды, а
также неискровзрывобезопасное исполнение электронного блока.
Наиболее подходящим методом для решения задач, связанных с диагности-
кой состояния неметаллических элементов охранных конструкций в подземных
условиях, является метод ударного импульса. Он заключается в регистрации
энергии удара, возникающей в момент соударения бойка с поверхностью кон-
тролируемой среды. Боек, имеющий сферическую поверхность ударника, под
действием пружины ударяется о контролируемую поверхность, при этом вся
энергия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластиче-
ские деформации материала. В результате пластических деформаций образует-
ся лунка, а упругих - возникает реактивная сила F. Чем меньше прочность сре-
ды, тем выше ее пластические деформации и длительность ударного взаимо-
действия и наоборот, чем выше упругие свойства, тем больше величина силы F,
и меньше время действия удара. К информативным параметрам метода отно-
сится форма электрического сигнала (акустического импульса), являющаяся
комплексной характеристикой, зависящей от упругих и пластических свойств
исследуемого материала. Недостатком является контроль прочности в поверх-
ностном слое. На сегодняшний день наиболее известным для реализации мето-
да ударного импульса является прибор ИПС-МГ4, предназначенный для опре-
деления прочностных характеристик бетона в цеховых и полевых условиях.
Измерение прочности бетона заключается в нанесении на контролируемом уча-
стке изделия серии до 15 ударов; электронный блок по параметрам ударного
импульса, поступающим от склерометра, оценивает твердость и упругопласти-
ческие свойства испытуемого материала, преобразует параметры импульса в
прочность, индицируя ее на дисплее прибора в мегапаскалях.
Прибор ИПС-МГ4 предназначен для определения прочности бетона мето-
дом ударного импульса в соответствии с [3]. Прибор позволяет оценивать фи-
зико-механические свойства материалов (прочность, твердость, упруго-
пластические свойства), выявлять неоднородности, зоны плохого уплотнения и
др. Его основные технические характеристики приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Основные технические характеристики прибора ИПС-МГ4
Диапазон измерения прочности, МПа 3...100
Предел погрешности измерения, % 10
Объем архивируемой информации, значений 500
Питание автономное, элемент типа 'Корунд' 6F22, 6LR61
(9 вольт)
Потребляемый ток, не более, мА 10
Количество индивидуальных градуировочных зависимостей, шт. 9
Количество базовых градуировочных зависимостей, шт. 1
Связь с компьютером: Интерфейс RS-232
Габаритные размеры, мм:
- электронного блока 175x90x30
- склерометра 155х90х50
Масса, не более, кг. 0,85
"Геотехническая механика" 149
Отличительной особенностью всех модификаций данного прибора является
электронный силоизмеритель. Указанная особенность ограничивает область
использования прибора, поскольку электронные схемы приборов не предназна-
чены для работы в среде, опасной по газу и пыли. Поэтому можно с уверенно-
стью сказать, что данные приборы не могут быть непосредственно использова-
ны для оценки состояния твердеющих смесей в шахтных условиях.
Подводя итог можно сказать, что методы неразрушающего контроля твер-
деющих смесей получают все большее распространение благодаря простоте и
малой трудоемкости измерений. Однако преобладающее число средств контро-
ля не предназначено для работы в шахтных условиях. Поэтому ставится задача
создания специализированных средств контроля, которые, с одной стороны,
вобрали бы в себя достижения современной схемотехники, а с другой стороны
были бы работоспособными и безопасными при эксплуатации в агрессивной и
взрывоопасной среде. Наиболее перспективным представляется направление,
реализующее метод ударного импульса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат, А.Ф. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт / А.Ф. Булат, В.В. Виногра-
дов. − Днепропетровск: Вільпо, 2002. − 372 с.
2. Временный технологический регламент по охране подготовительных выработок угольных шахт литыми
полосами из твердеющих материалов / А. Ф. Булат, М. А. Ильяшов, Б. М. Усаченко [и др.]. – Днепропетровск:
РИА «Днепр – VAL», 2004. – 33 с.
3. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.
Взамен ГОСТ 21243-75, ГОСТ 22690.0-77 – ГОСТ 22690.4-77; введен 01.01.1991.-Москва:
Изд.стандартов,1991.-17с.
4. ГОСТ 17624-87.Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. Взамен ГОСТ 17624-78, ГОСТ
24467-80; введен 01.01.88.- Москва: Изд.стандартов, 1989.-18с.
5. Майборода, А.А. Руководство по экспресс-определению прочностных свойств углевмещающих пород
Донбасса по их геологическим характеристикам и акустическим измерениям кернов геологоразведочных сква-
жин. РД / А.А. Майборода, Р.Х. Миняфаев, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук [и др.]. - Днепропетровск: ДГИ. -
1988. - Ч. 1. - 48 с.; Ч.2. - 82 с.
6. Руководство по геофизической диагностике состояния системы "крепь-породный массив" вертикальных
стволов / А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский [и др.].- Донецк: АГН Украины, 1999. - 42 с.
7. Методические рекомендации по геофизическому контролю и диагностике геомеханического состояния
подземных геотехнических систем угольных шахт / А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, М.А. Ильяшов, О.Д. Кожушок
[и др.]. - Днепропетровск - Донецк: «ВИК», 2009. – 80 с.
|