Surface support is an areal support, which is installed on rock excavation surface to prevent bulking of rock mass and retain loose rock fragments. Welded wire mesh is one type of surface support. Literature study indicates that there is a wide range of testing methods on mesh. Different setups regarding mesh configuration, installation, and load applying system are used to evaluate its load-bearing, deformation, and energy absorption capacities. Loads are applied in different ways to simulate both static and dynamic loading conditions. However, there is not any standardized testing method. Common configuration of a welded mesh sheet in LKAB´s underground mines has the dimension of 2.3 m × 2.5 m and is made of 5.5 mm (in diameter) wires welded with a square grid pattern of 75 mm × 75 mm spacing. It is installed with a square bolt pattern with a bolt spacing of 1.0 m × 1.0 m particularly in seismically active areas. Comprehensive field damage investigations at LKAB’s Kiirunavaara mine have shown localized failure of mesh, i.e., the mesh was cut or torn by rock blocks as a result of a seismic event. This is especially common along the mesh overlap where mesh sheets are joined together. However, the performance of welded mesh used at the LKAB’s mines and its performance along mesh overlap is not well understood. Laboratory tests of LKAB´s welded wire mesh were conducted at the Mining and Civil Engineering Lab at Luleå University of Technology. A test frame was built to test the mesh under static conditions after literature review. Mesh sheets with reduced dimension of 1.2 m x 1.2 m were mounted at the corner by four bolts on the frame and tested with different loading conditions in test series AA. In test series AB/AD, two mesh sheets with overlap were tested and the load was applied at the overlap between two bolts. For the base case in series AA, a rupture load of 41.4 kN was registered at a displacement of 0.44 m using the loading plate with the size of 0.07 m2 when the load was applied at the center of the whole mesh sheet. The highest rupture load, 60.7 kN at 0.26 m displacement, was reached when the size of the loading plate was increased from 0.07 m2 to 0.5 m2. Load-carrying capacity (by using rupture load) obtained for test series AA was in the range of 32.4 - 60.7 kN with a displacement range of 0.26 - 0.44 m, considering varied loading plate material and size of the loading plate. In test series AB/AD where focus was placed on the overlap, the load-carrying capacity was in the range of 28.9 – 47.5 kN at a displacement range of 0.19 – 0.22 m. A single mesh tested with this loading configuration gave the lowest rupture load, 28.9 kN at a displacement of 0.19 m. The load-carrying capacity of two mesh sheets with three grids overlap was increased to 47.5 kN at a displacement of 0.22 m. Stiffness of the tested mesh also increased with an overlap. There is nearly no difference in load-carrying capacity when the loading mode has changed from pulling to pushing. Reducing the number of grids at the overlap to one grid decreased the load-carrying capacity of the mesh significantly, and the overlap seemed to become open quickly as the load was applied on it. Two failure modes were observed for the mesh tests: tensile failure of the wires and failure at the heat affected zone (HAZ). Failure at HAZ is caused by weakening of the wires at the welding points. In test series AA, failure at the HAZ was observed in all tests near a faceplate. In test series AB/AD, both tensile failure and failure at HAZ were observed. They were observed close to either a faceplate or the loading plate. To conclude test series AA, there is a problem with the redistribution of load and failure always occurs at the welding points close to faceplates. Roof mesh with wider wires at the face plates and high energy absorbent mesh have shown good results regarding handling these described problems, therefore these could be tested with LKAB´s bolting pattern and mesh configurations. In test series AB/AD, the observed problem is that the load concentrates on the closest bolts, therefore the load should be redistributed to bolts next to the loaded area. Seismic mesh, straps and improved bolting pattern can help with that, and they could be tested to evaluate them further. / Yt-förstärkning är ett element som installeras mellan andra bergförstärkningar. Yt-förstärkning är konstruerade och installerade för att hålla tillbaka och minska bergutfall mellan dessa andra förstärknings installationer. En litteraturstudie har visat att det finns en mängd olika sätt att testa yt-förstärkningar. Olika testuppställningar förekommer, där olika specifikationer utav yt-förstärkningar är varierade. Inspännings metod, last på bultar samt olika sätt att inducera last har en stor spridning. Detta gäller för både statiska- och dynamiska lastförhållanden. En vanlig typ utav yt-support är svetsat stålnät med en wire tjocklek på 8gagues. Dessa är ihop svetsade till ett rutnät med 4 in × 4 in mellan wirarna. Dessa är installerade i olika gruvor med antingen ett diamant- eller kvadratiskt bultmönster, förekommande avstånd mellan är 1,2 m till 1,5 m mellan bultarna. Nät som används utav LKAB har en wire-diameter på 5,5 mm och ett avstånd på 75 mm × 75 mm i deras svetsade stålrutnät. Näten hos LKAB är installerade med ett kvadratiskt rutmönster med bultaståndet 1,0 x 1,0 m och 3 rutors överlapp. Dessa är oftast installerade i områden där spänningarna är höga och seismisk aktivitet är sannolik. En skadekartläggning orsakad av seismisk aktivitet genomfördes i LKAB´s undergjordsgruva Kiirunavaara. Där framkom det att de installerade näten antingen slits sönder av stenblock eller att överlappen ger med sig. En utvärdering utav LKAB´s nät har gjorts genom att testa dem i laborationsmiljö på Luleå Tekniska universitet. En test-ram byggdes, denna bultades fast i golvet för att vara styv. Mindre nätbitar om 1.2 x 1.2 m blev installerade i riggen och en last applicerade mellan fyra bultar in testserie AA. I test seria AB/AD påfördes lasten mellan två bultar, här undersöktes överlappats inverkan på nät-konfigurationen. I grund testet i serie AA uppnåddes en last om 41.4 kN och en deformering på 0.44 m innan första brottet noterades. Högst brottlast noterade när lastpåföringsplattans area ökade från 0.07 m2 till 0.5 m2, dvs 61.7 kN med endast en förskjutning på 0.26 m. Brottgränsområdet för testserie AA är mellan 32.4 kN – 61.7 kN där deformation är mellan 0.26 m -0.44 m, inom dessa områden varierades också lastpåföringsplattans material och lasten på bultarna som håller fast nätet. För testserie AB/AD är samma område 28.9 kN – 47.5 kN med deformationerna 0.19 m – 0.22 m. Grund testet med ett nät där lasten appliceras mellan två bultar har lägst brottområde, 28.9 kN vid 0.19 m. När lasten istället appliceras på ett överlapp ökar brottslasten till 47.5 kN vid en deformation om 0.22 m, styvheten i konstruktionen ökar också. Det är inte noterad någon större förändring om överlappen belastas med en dragande eller tryckande teknik. När mängden rutor reduceras till endast en ruta, observerades tendensen till separation av näten vid påföring utav last. Genom hela testuppställningen har två brottorsaker noterats, drag brott i vajer och brott i närhet utav uppvärmda områden, svetsar. I testserie AA har endast den senare brottorsaken noterats, dessa förekommer uteslutande i närhet till bultbrickorna. För testserie AB/AD är båda brottorsakerna är noterade. De förekom både vid bultbrickorna och vid lastpåföringsplattan. Testserie AA har problem med att fördela lasten efter ett första brott har uppsåt samt att svetsarna i nätet är den svagaste länken. High energy mesh och Roof mesh har påvisat goda egenskaper att lösa dessa två problem enligt tidigare genomförda tester. Någon utav dessa kan modifieras och testas med LKAB´s installationsmönster. För testserie AB/AD är de möjligt att härleda brott i överlappet till för hög lastkoncentration i de närmsta bultarna. En lastfördelning till närliggande bultar ses som en lösning, både seismiska nät och straps har dessa egenskaper. Dessa kan med fördel också testas installationsmönster för att utvärdera och förstå den komplexa installationen som uppstår.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-77249 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Eriksson, Fredrik |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för samhällsbyggnad och naturresurser |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds