авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

«НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ имени Н.С. Полякова ГЕ ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА GE TECHNICAL MECHANICS ...»

-- [ Страница 6 ] --

По окончанию насыщения метанонасыщенные образцы помещались на тер мовесы и определялась кривая кинетики газовыделения в течение 4 часов с ша гом измерения 10сек при Т = 50Со, а при Т = 25Со в течение 5 часов с шагом измерения 1 минута.

На рис. 2. представлены для сравнения зависимости кинетики выхода мета на из угля (µ = -0,5) при двух температурах Т = 50Со и Т = 25Со.

1, 1, Выход метана, % 0, 0, 0, 0, 0 50 100 150 200 250 300 Время эксперимента, мин Рис. 2 – Количество выхода метана из угля для µ = -0,5 при: 1 - 50Со;

2 - 25Со Из представленного графика видно, что при увеличении температуры на 25Со количество метана, выходящего из угля, увеличивается в среднем в 2 - 2, раза. Это говорит о том, что при определении характера и механизма десорбции метана из угля необходимо учитывать температуру горного массива.

Для исследования влияния вида напряженного состояния на кинетику выхо да метана из угля, определялись зависимости кинетики газовыделения на об разцах подверженных разным видам нагружения и исходным образцом при двух температурах.

На рис. 3. и рис. 4. представлены зависимости кинетики газовыделения при двух температурах.

"Геотехническая механика" 1, 1,2 1 Выход метана, % 0, 0, 0, 0, 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Время эксперимента, сек Рис. 3 – Количество выхода метана из угля для различных видов напряженного состояния при Т = 50Со: 1 - µ = -0,5;

2 - µ = +1;

3 - µ = -1;

4 - µ = 0;

5 - µ = +0,5;

6 – исходный обра зец.

0, 0, 0, Выход метана, % 0, 0, 0, 0 50 100 150 200 250 300 Время эксперимента, мин Рис. 4 – Количество выхода метана из угля для различных видов напряженного состояния при Т = 25Со: 1 - µ = -0,5;

2 - µ = +1;

3 - µ = +0,5;

4 - µ = 0;

5 - µ = -1;

6 – исходный образец.

Выпуск № Из представленных графиков видно, что наибольшая кинетика выхода мета на при µ = -0,5 как при Т = 50Со, так и при Т = 25Со.

Также определялась скорость выхода метана от времени (рис. 5).

0, 0, 0,0005 Скорость выхода метана 0, 0, 0, 0, 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Время эксперимента, сек Рис. 5 – Зависимость скорости выхода метана из разрушенных образцов от времени при Т = 50Со: 1 - µ = -0,5;

2 - µ = +1;

3 - µ = -1;

4 - µ = 0;

5 - µ = +0,5;

6 – исходный образец.

Согласно данного графика также наблюдается наибольшая скорость выхода метана из разрушенного образца при µ = -0,5.

В таблице 1 приведены данные вида напряженного состояния и соответст вующие им значения максимальной потенциальной метаноемкости при Т = 100Со.

Таблица Вид напря женного со- Исходный -1 -0,5 0 0,5 стояния образец µ Максимальная потенциальная 1,88 1,73 2,46 2,46 2,82 1, метаноемкость Qmax, % Из таблицы 1 видно, что минимальная потенциальная метаноемкость для разрушенных углей также соответствует µ = -0,5.

С использованием результатов представленных на (рис.3) получена зависи мость (рис.6) количества выделившегося метана от различных видов напряжен ного состояния, подтверждающие один из следующих выводов.

"Геотехническая механика" Рис. 6 – Зависимость количества выделившегося метана от различных видов напряженного состояния.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено существенное влияние вида напряженного состояния и температуры горного массива на кинетику газовыделения угля, разрушенного в условиях объемного наравнокомпонентного сжатия. Наибольшее количество и скорость выхода ме тана из исследуемого угля и наименьшая его метаноемкость наблюдается при µ = -0,5 (между обобщенным сжатием и обобщенным сдвигом). При этом из зависимости µ от µ (рис.1) деформационное состояние µ = 0 (обобщенный сдвиг), т.е. реализуется сдвиговый механизм разрушения, вызывающий струк турные изменения не только на макро, но и на микроуровне – уменьшается ко личество сорбционных центров.

Для всех видов напряженного состояния при повышении температуры мас сива от 25Со до 50Со количество метана, выходящего из угля, увеличивается, а максимальное увеличение (в среднем в 2 – 2,5 раза) наблюдается при µ = -0,5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Ульянова Е.В. Влияние давления на сорбционные свойства углей// Физика и техника высоких давлений.-2001.-т.11-№1.-С. 9-11.

2. Ревва В.Н., Бачурин Л.Л., Кравченко А.В., Василенко Н.И. Влияние вида напряженного состояния на механические свойства углей при разрушении их в условиях объемного сжатия// Физические процессы горного производства.-2006.-Вып.9-С. 17-22.

3. Ревва В.Н., Ульянова Е.В., Васильковский В.А. Влияние вида напряженного состояния на сорбционные свойства углей при их разрушении в условиях объемного неравнокомпонентного сжатия// Геотехническая ме ханика.-2007.-Вып.69-С. 97-104.

4. Прогнозный каталог шахтопластов Донецкого угольного бассейна с характеристикой горно геологических факторов и явлений/Институт горного дела им. А.А. Скочинского/Москва/1983г.

5. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Рязанцев Н.А. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих на пряжений/ – Киев: Наукова думка, 1989. – 168 с.

6. Ревва В.Н., Бачурин Л.Л., Кравченко А.В., Василенко Н.И. Влияние вида напряженного состояния на механические свойства углей при разрушении их в условиях объемного сжатия // Физико-технические пробле мы горного производства.- Донецк.- 2006.- Вып.9.- С. 97-101.

Выпуск № УДК 622.831. В.И. Соколовский, Ю.А. Пшеничный, С.В. Борщевский ГЕОМЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ И РЕГЛАМЕНТ ТАМПОНАЖНОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД ВОКРУГ НАКЛОННЫХ СТВОЛОВ ВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКИМИ РАСТВОРАМИ Наведено підсумки шахтних досліджень руйнування порід навколо стволів вугільних шахт та обґрунтовано параметри їх зміцнення вязкопластичними розчинами.

CALCULATION OF PARAMETERS PLUG-BACK S SLOPING SHAFTS VYAZKOPLASTICHESKIMI BY SOLUTIONS Research results are mine destruction of rocks around the shafts of coal mines and reasonable options to strengthen viscoplastic solutions.

Ряд угольных шахт Донбасса ведут отработку запасов угля с использовани ем наклонных стволов. В качестве примера, можно привести шахту им. 60-летия Великой Октябрьской Социалистической революции (ВОСР), шахты «Донпромбизнес», «Юзов», «Эксимэнерго» и др. Учитывая, что горные работы ведутся на глубинах 300-800 м при угле наклона стволов 8-15 градусов их протяженность достаточно большая и достигает 1400-3058 м (шахта им. 60 летия ВОСР).

Оценивая литолого-геомеханические особенности эксплуатации стволов на до указать на такие особенности:

1) вмещающие породы характеризуются высокой степенью сложности с преимущественным наличием пород на глинистых цементах;

2) механическая неоднородность породного массива проявляется в болешой вариации прочности пород на сжатие и растяжение: 50 сж 110 МПа;

3,8 10,7 МПа;

2,4 † 4,1 МПа;

р р 3) величина коэффициента размокания пород около 0,8, а форма разрушения первая;

4) породы непосредственной кровли по устойчивости относятся к категории Б1-Б4;

5) основная кровля по обрушаемости относится к категории А2;

6) породы почвы сложены «кучерявчиком», сланцами и песчаником.

Оценивая геотехническое состояние наклонных стволов, следует указать, что несоответствие паспорту крепления на отдельных участках различное. В среднем по протяженности паспорту не соответствует 4,6-5,8%. Прослежива ются отдельные участки, где имеет место существенное деформирование крепи (2,3-3,7%), что требует ее ремонта. В таких случаях имеет место расслоение по род над стволом, иногда наблюдается разрушение затяжки обрушившимися по родами.

Для изучения особенностей разрушения породного массива над наклонным стволом проведены электрометрические измерения с использованием аппара туры и методики изложенной в [1]. Профилирование по шпурам проведено зондом на глубину до 3,0. Поскольку глубина проникновения низкочастотного "Геотехническая механика" электрического поля в породный массив составляет 0,3-0,4 м, что значительно больше диаметра шпура и меньше расстояния от зонда до металлокрепи, то обеспечивается достаточная помехоустойчивость диагностирования. Шпуры бурили по своду ствола с различным шагом расположения. Результаты элек трометрических измерений приведены на рис. 1 и 2.

Сопротивление к, Ом·м 20 40 60 80 100 120 140 160 Длина профиля вдоль выработки, м 1 – на глубини 1,0 м;

2 – на глубине 3,0 м Рис. 1 – Данные шпуровой электрометрии по кровле вдоль наклонного ствола шахты 60-летия ВОСР Сопротивление к, Ом·м 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3, Глубина шпура, м Рис. 2 – Данные электрометрии по шпуру в своде ствола На рис. 1 даны значения сопротивления (Ом·м) по длине наклонного ствола (фрагмент показан для 200 м). Анализ результатов позволил установить сле дующую особенность: по длине ствола на каждые 100 м проявляется одна де прессия (аномалия) по величине значения сопротивления. Это участки больше го расслоения пород. Анализ данных на рис. 2 показывает другую особенность:

вглубь массива отмечается две зоны повышенного сопротивления – одна в пре делах 0,4-0,6 м и другая на удалении 1,6-1,9 м от контура выработки. Следова тельно, вокруг ствола формируется две круговые аномальные зоны по расслое нию пород. По результатам измерений были вычислены коэффициенты трещи новатости породного массива, значения которых приведены в табл. 1. Придер живаясь терминологии согласно [2], такой массив можно рассматривать как связнонарушенный, а по величине коэффициента трещиноватости как содер жащий две трещинные зоны, опоясывающие ствол в среднем на удалении 0,5 м и 1,75 м.

Выпуск № Таблица 1 – Изменение коэффициента разрыхления пород в кровле ствола вглубь массива Глубина диагностирования, м Номера шпуров 0,5 0,7 1,2 1,5 1,7 2,1 2,4 2, 1 1,16 1,10 1,12 1,11 1,15 1,13 1,09 1, 2 1,14 1,09 1,11 1,10 1,13 1,11 1,10 1, 3 1,13 1,08 1,10 1,09 1,14 1,12 1,11 1, Резюмируя изложенное можно заключить, что геомеханика разрушения по род над наклонными стволами связана в первую очередь, с расслоением пород в сводовой части выработки. Отсюда вытекает практический вывод: повышение устойчивости стволов может быть достигнуто цементационно-тампонажным упрочнение породного массива. Исходя из этой предпосылки обоснованы па раметры тампонажа породного массива вокруг ствола вязкопластическими рас творами.

Остановимся на геомеханических и горно-технических аспектах тампонаж ного упрочнения пород вблизи горной выработки.

Процесс формирования тампонажных завес в горном массиве обусловлен течением тампонажных растворов в трещинах горных пород под действием из быточного давления. Избыточное давление, воздействуя на стенки трещин, вы зывает упругие деформации массива, трещины раскрываются и приобретают некоторую клиновидную форму с максимальным раскрытием вблизи нагнета тельной скважины и минимальным – на контуре влияния.

Основные параметры гидравлического расчета процесса тампонажа обвод ненных горных пород – потери давления и радиус распространения раствора при нагнетании его в тампонажную скважину.

Аналитические расчеты параметров процесса тампонажа с учетом упругих деформаций горного массива в некоторых случаях приводят к большим по грешностям. Поэтому целесообразно получить достоверные расчетные уравне ния для определения потерь давления и радиусов распространения тампонаж ного раствора в упругодеформируемой трещиноватой среде.

Течение тампонажного раствора, представляющего собой вязкопластичную жидкость, в трещине подчиняется реологическому закону Шведова – Бингама:

du h = 0 + (1).

dn где h — касательное напряжение на стенке трещины;

о — динамическое напряжение сдвига;

— структурная вязкость;

du/dn — градиент скорости.

При радиальном течении тампонажного раствора [3] образуется ядро потока (рис. 3), размеры которого определяются выражением "Геотехническая механика" Q h0 = h (2), 2 r где h0 — размер ядра потока;

h — половина раскрытия трещины;

Q — рас ход нагнетания тампонажного раствора;

0 — динамическое напряжение сдвига;

— структурная вязкость;

r — радиус распространения раствора.

Рис. 3 – Эпюры скоростей и напряжений сдвига при течении тампонажного раствора в трещине с деформируемыми стенками Из уравнения, полученного Ю.П. Желтовым, следует, что величина раскры тия трещин в процессе нагнетания жидкости в массив не остается постоянной, а зависит от величины избыточного давления:

i = [1 + i (P P0 )] (3) i = c / mТ (4) где i — раскрытие трещины при избыточном давлении;

— начальное рас крытие трещин;

Ро, Р — пластовое давление и давление, создаваемое при на гнетании жидкости;

i- — комплексный параметр трещиноватости, учитываю щий упругие свойства горной породы и геометрию систем трещин (трещинную пустотность);

с — коэффициент объемной упругости горных пород;

mт — трещинная пустотность (скважность).

Выпуск № На основании уравнения Шведова — Бингама (1), эпюры скоростей и на пряжений сдвига (рис. 3) и уравнения (3) в общем случае получено дифферен циальное уравнение движения тампонажного раствора в упругодеформируемой среде dp qg cos cos = (5) Q h[1 + i (P P0 )] dr 2 r где dP/dr — градиент давления;

r — полярный радиус;

— полярный угол;

— угол наклона плоскости трещины к вертикали (рис. 3). Остальные обозначе ния прежние.

Интегрирование уравнения (5) с начальным условием P(Rc ) = Pc, (6) где Rc — радиус скважины;

Рс—давление в скважине при нагнетании раствора, дает выражение для расчета потерь давления при течении тампо нажного раствора в упругодеформируемом горном массиве 8 0 (Rk Rc ) Q 2 0 (Rk Rc ) 3Q R P = ln k + + Rc [1 + i (Pc P0 )] ( [1 + (P P )])2 2R + 2R ( [1 + i (Pc P0 )]) (7) i c 0 k0 c g (Rk Rc ) cos cos.

Для максимального радиуса распространения тампонажного раствора полу чено уравнение 2 0 (Rk Rc ) g (Rk Rc ) cos cos.

P = (8) [1 + i (Pc P0 )] Рис. 4 – Схема для определения радиусов распространения тампонажного раствора в упругодеформируемой среде "Геотехническая механика" Максимальный радиус при достижении перепада давления определяется выражением P [1 + i (Pc P0 )] Rk = (9).

2 0 [1 = i (Pc P0 )] g cos cos В реальных условиях при нагнетании тампонажного раствора в наклонные трещины [4] наиболее слабым местом в тампонажной завесе будет зона распро странения раствора по восстанию трещины, т. е. зона, где полярный угол принимает значение, равное (рис. 4).

Поэтому при определении устойчивости тампонажной оболочки в этой зоне необходимо определять необходимый минимальный радиус завесы, обеспечи вающий эту устойчивость. С учетом выражения (9) имеем P [1 + i (Pc P0 )] P (Rk )min = + Rc max 0 + Rc, (10) 2 [1 = (P P )] g cos cos 2[PТ ] 0 i c где (Rk)min — размер изоляционной завесы в наиболее слабой зоне;

а — ко эффициент запаса прочности изоляционной завесы;

mах — максимально на блюденное раскрытие трещин на участке;

Rc —радиус шахтного ствола в про ходке;

Рт — допустимая пластическая прочность тампонажного раствора.

Остальные обозначения прежние.

Для обеспечения эффективности предварительного тампонажа горных по род и контроля качества выполнения работ важно знать структуру и размеры сформированных завес [5], которые оцениваются в основном гидродинамиче скими методами. Кривые восстановления давления (КВД) в этом случае пере страиваются в полулогарифмических координатах и по выделенным прямоли нейным участкам определяются коэффициент проницаемости и другие фильт рационные параметры пласта. После нагнетания раствора вокруг скважины формируется тампонажная завеса, размеры которой колеблются от нескольких до десятков метров. Фильтрационная структура завесы неоднородна, а ее изо ляционные свойства уменьшаются с увеличением радиуса. В связи с малым временем прохождения через зону ухудшенной проницаемости фронта возму щения не удается выделить достаточно представительный прямолинейный уча сток, характеризующий восстановление давления в затампонированной зоне.

Предложенная нами методика изучения зональной неоднородности сформиро ванных изоляционных завес основана на использовании интегральных характе ристик КВД — детерминированных моментов. Рассмотрим скважину как дина мическую систему, которая описывается дифференциальным уравнением пер вого порядка:

d p d t + aP = c, (11) Выпуск № где Р — изменение давления на устье, соответствующее текущему времени t после остановки скважины, Па. С помощью метода модулирующих функций на интервале времени [to, Т] для вычисления параметров а и с получим систему алгебраических уравнений. Из уравнения (11) следует, что.

limt P (t ) = Pпл = са 1 ;

P (t ) = са 1 P0 exp( at ), где Рпл — пластовое давление, Па.

Постоянная Ро определяется методом наименьших квадратов по КВД на ин тервале [t0, T]. Детерминированные моменты µ n рассчитываются по формуле µ n = [Pпл P(t ) ] t n dt + P0t n exp( at )dt, T (12) 0 T где n=0, 1, 2.

Для данного временного промежутка диагностический признак d = µ0 µ 2 (µ1 )2.

Вычисляя значения d для различных Т, получим диагностическую функцию d(T). Максимальное ее значение dmax достигается при T—tmax. Коэффициент не однородности =0,17ехр (l,2dmax).

Учитывая, что время прохождения фронта возмущения через границу за тампонированной зоны to = 0,0l tmax, найдем выражение для радиуса этой зоны r0 t max P* R= exp tg, (13) t* 15 где r0 — радиус скважины, м;

t* и Р* — координаты точки на выделенном прямолинейном участке КВД, соответствующем незатампонированной части пласта, с и Па;

tg — тангенс угла наклона прямолинейного участка КВД. Коэффициент проницаемости на границе затампонированной зоны рассчитывается по форму ле K = q µ / (4 Mtg ), (14) где q — производительность насоса, м3/с;

µ — вязкость воды, Па с;

М — мощность горизонта, м.

Предложенная методика позволяет определить фильтрационную неодно родность и размеры сформированной тампонажной завесы. Методика апроби рована при выполнении тампонажных работ на ряде объектов шахтного строи тельства.

Касаясь горнотехнических аспектов регламента цементационно тампонажного упрочнения пород над стволами нами использованы разработки, "Геотехническая механика" приведенные в работе [6]. В частности рекомендовано:

1) для тампонажа использовать смесь «БИ-крепь», разработанную специа листами ЗАО «Донецксталь», характеризующуюся при твердении высокой прочностью: 1 сут. – 9-12 МПа;

7 сут. – 28 МПа;

28 сут. – 39-45 МПа;

2) в качестве нагнетательных агрегатов целесообразно использовать обору дование типа MOHO WT-820 (0,6 МПа) или машину многоцелевую бетоноук ладочную МБМ (до 5 МПа).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Булат А.Ф. Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем // А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, В.Н. Соколовский / Днепропетровск, ИГТМ НАН Украины, 2004. – 75 с.

2. Виноградов В.В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок. – К.: Наук.

думка, 1989. – 192 с.

3. Пшеничный Ю.А. Расчет технологических параметров тампонажа упругодеформируемого горного мас сива.// Шахтное строительство №2, 1988. – с. 18-19.

4. Кузмичев Д.Н. Уравнение притока мощности из трещиноватого коллектора. Труды ГрозНИИ, вып.Х.

Грозный, 1961, с.68-77.

5. Пшеничный Ю.А., Букарев К.П. О зональной фильтрационной неоднородности сформированных изоля ционных завес. // Уголь Украины №10, 1986 – с.42.

6. Булат А.Ф. Временный технологический регламент по охране подготовительных выработок угольных шахт литыми полосами из твердеющих материалов // А.Ф. Булат, М.А. Ильяшов, Б.М. Усаченко / Днепропет ровск: РИА «Днепр-VAL», 2004. – 33 с.

Выпуск № УДК 622.349.5.004.8: 505.064.4: 658.567.3.

В.В Коваленко, А.В. Копанев, В.И. Новиков, А.В. Соловий БЕЗОТХОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ УРАНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА У статті розглянута технологія переробки відвалу уранового виробництва, технологічна схема рудосортувальної фабрики (РСФ) «Алтаіт», апаратурна схема рудозбагачувальної фа брики (РЗФ), взаємодія рудосортувальної і рудозбагачувальної фабрики у технологічному ланцюжку, що забезпечує перехід на безвідходне вилучення уранового компонента.

WASTELESS TECHNOLOGY OF WASTE FROM URANIUM PRODUCTION The article discusses the technology of processing dump uranium production, technological scheme of ore-picking factory (OPF) “Altait”, instrument scheme ore-dressing factory (ODF), the interaction of ore-picking and ore-dressing factories and mills in the processing chain that provides the transition to the zero waste components of the extraction of uranium.

Понятие безотходной технологии включает в себя практическое применение знаний, методов и средств в целях удовлетворения потребностей человека пу тем рационального использования природных ресурсов и энергии, обеспечи вающего охрану или улучшение окружающей среды. Безотходная технологиче ская система представляет собой такое специфическое производство, в резуль тате практической деятельности которого не происходит отрицательного воз действия на окружающую среду. Понятие безотходной технологии в некоторой степени условно, поскольку в ряде случаев она не может быть реализована полностью, но с развитием техники и технологии производства непрерывно со вершенствуется. Безотходная технология имеет несколько аспектов, важней шими из которых являются: экологический, ресурсный, технико технологический, экономический и организационный [1,2].

Создание экологощадящих технологий особенно актуально для горных и перерабатывающих предприятий сырьевой базы, в том числе и атомной энерге тики, относящейся к числу отраслей промышленности с наибольшим выходом различных отходов, включая радиоактивные, на единицу готовой продукции.

Отходы горного производства – это пустые породы, некондиционные по со держанию урана руды и хвосты кучного выщелачивания, содержащие естест венные радиоактивные материалы, складируются, как правило, на поверхности в отвалах.

Анализ работы таких предприятий показывает, что при получении 1 т то варной урановой руды образуется 1,4—1,6 т радиоактивных отходов, создаю щих экологически неблагоприятную обстановку в регионе. В связи с этим весьма актуальной задачей является обоснование технологии переработки от валов [3,4].

Технология использования отходов (отвалов горных пород и некондицион ных руд) в народном хозяйстве для промышленного и гражданского строитель ства предусматривает их сортировку и переработку на базе рудо сортировочных комплексов [4,5]. Нами рассмотрена технология (рис.1-5) пере "Геотехническая механика" Отвальные породы - 600+0мм 100,0 0, 24, 120, Разборк а отвала погрузк а а и транспортирование к Q М На ГМЗ Хвосты РКС (рудоконтролирующая станция) На рудный склад На отвал Сортировка порционная Предварительное грохочение 22,9 0,020 Отсев (Вибропитатель ДРО- 579 с короткой 27,53 5,51 - 40+0мм колосниковой решеткой L=1400мм) Дробление (Щековая дробилка ЩДС- П- 7,5 • 9,0) 22,9 0,020 Отсев Грохочение машинного класса с обмывкой 27,53 5,51 - 40+0мм Грохот инерционный среднего типа СМД- 148А- М(ГИС- 42) Машинный класс Вентустановка Регулировочная заслонк а - 70+40мм РКС (рудоконтролирующая станция) Сортировка порционная Выпуск № Рис. 1 – Схема технологическая РСФ «Алтаит»

"Геотехническая механика" Машинный класс Вентустановка - 70+40мм Вода- 14м / час УОШВ Накопление Контрольное грохочение Накопление Сортировка«Альбит» - 70+40мм - 70+40мм с обмывкой - 40+0мм Компрессорный блок с ресивером(коллектором) РКС (рудоконтролирующая станция) Сортировка порционная Рис. 2 – Схема технологическая РСФ «Алтаит»

, 0, 1, 50, Н Р Ф ш хт в поз.1 аО а ы Хвосты Конт ент ат цр П ощ дка накопления ла В да о 8,4 0,06 33,3 0, - 300+ 0м 7м 1, 0 6,0 40,0 4, Н копление а Конт ольное грохочение р »

С рт ровка«Алунит ои - 300+ 0м 7м с обм вкой ы - 70+ м 0м М ш нны класс аи й - 300+ 0м 7м Ком рессорны блок п й Р гулировочная заслонка е ( с ресиверомколлект ром о) В нт ст новка еуа Р С(рудоконт олирую ая ст нция) К р щ а С рт ровка порционная ои Рис. 3 – Схема технологическая РСФ «Алтаит»

Выпуск № Регулировочная заслонка Машинный класс - 300+70мм Вода Вентустановка "Геотехническая механика" Накопление Накопление Контрольное грохочение С ртировка«Алунит»

о - 300+70мм - 300+70мм с обмывкой - 70+0мм С.воздух- 20нм / мин ж Компрессорный блок с ресивером(коллектором) РКС (рудоконтролирующая станция) С ртировка порционная о Рис. 4 – Схема технологическая РСФ «Алтаит»

25,64 0,,, Н ГМ аЗ 1, 9 0,0483 Бут вы кам нь для ой е РКС(рудоконт олирую ая ст нция) р щ а На рудный склад Н ДС - Щ аК Концентрат 23,7 1, 1 щ бня.- 300+ 0мм е С рт ровка порционная ои С рт ровка порционная ои »

«Галенит Хвост ы 1, 1 0,03 74,6 0,01 25, 1, - 40+0мм 1, 3 5,11, 1, 4 Н от ал ав, 0, 2,0 0,02 0, - 70+0мм 2,4 0, Кучное вы елачивание щ С оки гидроуборки- 3м / час т С оки с ш ам м т л аи О ст ивание та В сист му сбора осадков- 1 м / час е Рис. 5 – Схема технологическая РСФ «Алтаит»

Выпуск № работки хвостов урановых руд на базе комплекса «Алтаит» (ГП «ВостГОК», шахта «Смолинская»).

Технологическая схема радиометрического обогащения отходов на рудо сортировочной фабрике включает в себя, следующие операции:

1) разделение на РКС (рудоконтролирующая станция) геоматериалов в зави симости от содержания урана на пустую породу, фабричную и богатую руду;

2) дробление и грохочение фабричной руды;

3) покусковая сепарация;

4) погрузка готовой продукции в железнодорожные вагоны для отправки на дальнейшую переработку.

(На рис.1-5 приняты такие условные обозначения:

- выход продукта, %;

а содержание полезного компонента, %;

Q- количества продукта, т/час;

М количество полезного компонента, кг/час;

- извлечение, операционное, %;

к коэффициент обогащения.) Технологические процессы выполняются в такой последовательности. Руда загружается (класс-600+0мм) одноковшовыми экскаваторами “HITACHI 240” в автомобили КрАЗ. При этом разборку отвала производят послойно. Далее руда поступает на рудо-сортировочный контрольный пункт, где с помощью РКС (рис.6) сортируется на пустую породу, фабричную и богатую руду.

Рис. 6 – Рудоконтролирующая станция (РКС) Пустая порода транспортируется на отвал 2 в карьер, в котором ведется до быча песка для гидрозакладки, рекультивации земель и культивации географи ческого рельефа с целью создания более благоприятных условий для ведения сельскохозяйственных работ и облагораживания природного ландшафта. Бога тая руда транспортируется на рудный склад, подается на погрузочный комплекс "Геотехническая механика" в железнодорожные вагоны. Фабричная руда, отсортированная с помощью РКС, направляется на РСФ «Алтаит».

Обработка руды включает два этапа: подготовку руды и радиометрическую сепарацию. Подготовка руды включает дробление, грохочение и промывку.

Дробление является первой подготовительной операцией. Руда из бункера с помощью питателя вибрационного ДРО-579 с короткой колосниковой решет кой (мелкий материал класс - 40+0мм, который просеивается через колоснико вую решетку, попадает на разгрузочный транспортер, минуя дробилку) посту пает на дробилку ДРО-529-Р (ЩДС-П-7,59,0)- щековая дробилка со сложным движением щеки с размером загрузочной щели 750900 мм. Крупность дробле ной руды не превышает 300 мм. Дробленая руда по ленточному конвейеру по ступает на грохот ГИС-42(СМД 148 А-М)- грохот инерционный среднего типа с ячейками сит 7070-верхнее и 4040-нижнее. Грохотом руда разделяется на потоки классами - 300+70мм, - 70+40мм и - 40+0мм (отсев). Класс - 300+70мм и - 70+40мм по ленточному конвейеру поступает в накопительный бункер, далее с помощью вибропитателя и ленточного конвейера поступает в бункер сепара тора, из бункера грохот – питателем (отсев класс - 70+0мм) подается в вибро лоток, разделенная руда сепараторами на “концентрат» (богатое содержание) и “хвосты» (бедное содержание), транспортируется конвейерами. Отсортирован ная руда загружается в транспорт, поступает на рудо-сортировочный контроль ный пункт, где с помощью РКС сортируется на пустую породу (направляется на ДСК-Щ) и богатую руду (отправляется на склад). Переработанные породы используют в качестве щебня, отвечающего требованиям ГОСТ 8267-82 и ГОСТ 232554-84. Руда класса - 70+0мм загружается в транспорт, поступает на рудо-сортировочный контрольный пункт, где с помощью РКС сортируется на пустую породу (в отвал 2), фабричную (направляется на площадку кучного выщелачивания), богатую руду (на склад).

Регулировочной заслонкой контролируется заполнение бункеров. После за полнения бункеров горная масса поступает на площадку накопления (пересып ной бункер). Руда загружается в транспорт, поступает на рудо-сортировочный контрольный пункт, где с помощью РКС сортируется на пустую породу (в от вал 2), фабричную (направляется на РОФ) (рис.7) и богатую руду (на склад).

Обязательным элементом технологической схемы является промывка ма шинных классов перед их поступлением на сепарацию. Вода и стоки со шлама ми, поступают в отстойник, транспортируются по трубопроводу на УОШВ (ус тановка очистки шахтных вод), затем подвергаются очистке. Выделенный на УОШВ шлам также грузиться в вагоны для дальнейшей переработки.

Уловленная пыль, поступает в систему сбора пыли, транспортируется на рудный склад, также грузится в вагоны для дальнейшей переработки.

Таким образом, комплекс позволяет перейти на безотходное производство урановой руды, снизить негативное влияние горных отвалов шахт на окру жающую среду и получить при этом дополнительные товарные продукты.

Выпуск № "Геотехническая механика" Рис. 7 – Схема цепи аппаратов узла загрузки забалансовой руды отвала на конвейер Программа рекультивации отвалов предусматривает два направления дея тельности: совершенствование технологии радиометрического обогащения до бываемой руды (то есть снижение количества урана в «хвостах») и рекультива цию уже накопившихся отвалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Остапенко П.Е., Мясников Н. Ф. Безотходная технология переработки руд черных металлов/Под ред. Б.

Н. Ласкорина.- М.: Недра, 1988.- 271 с.

2. Шпирт М. Я. Безотходная технология. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ис копаемых/ Под ред. Б. Н. Ласкорина.-М.: Недра.-255 с.

3. Ляшенко В.И. Охрана окружающей среды на горных предприятиях сырьевой базы атомной энергетики // Цв. металлургия. 1993.№9. С. 34-38.

4. Голик В.И., Ляшенко В.И. Перспективные способы активации отходов горного производства// Пути раз вития горного производства: Тез. докл. Владикавказ, 1993. С. 121-127.

5. Ляшенко В.И. Совершенствование технологий и технических средств на горных предприятиях атомной энергетики СНГ//Горный журнал. 1999. №12. С. 8-11.

Выпуск № УДК 622.016. В.Б. Усаченко, В.А. Амелин, Р.Б. Лесовицкая РЕГЛАМЕНТЫ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД ПЛОСКИХ ПОТОЛОЧИН КАМЕР АНКЕРНОЙ СТЯЖНОЙ КРЕПЬЮ Викладені геомеханіка деформування та зміцнення покрівель камер гіпсових шахт ан керним стяжним кріпленням REGULATIONS OF CONSOLIDATING OF ROKCS FROM CHAMBERS’ES FLAT RIDGE BY ANCHOR SWIPED TIMBERING The geomechanic deformation and consolidating of chambers’es of gipseous mines by the anchor swiped timbering is expounded В широком спектре горно-технических условий месторождений гипса [1], пильных известняков [2], калийных руд и солей [3] отработка мощных пластов ведется камерно-столбовыми системами с неограниченно долгим поддержани ем открытых выработанных пространств для целей повторного их использова ния как уникальных подземных сооружений. Как правило, устойчивость пото лочин камер и целиков обеспечивается выбором рациональных их параметров.

Однако, высокая литологическая и механическая неоднородность пород (табл.

1), влияние технологических и реологических процессов на состояние вме щающих камеры пород, приводит к расслоению и обрушению защитных пре дохранительных пачек потолочин камер, деформированию, а иногда и к разру шению целиков. Это обуславливает необходимость применения дополнитель ных инженерных мер для повышения устойчивости потолочин камер и боковых поверхностей целиков.

Анализ показывает [1-3], что линейные размеры пролетов камер и целиков при разработке указанных месторождений в зависимости от свойств пород и мощности пластов изменяются в больших пределах (табл. 2): пролеты камер – от 7 до 17 м, а высота целиков варьирует от 3 до 40 м. При этом минимальные сечения камер составляют 30-70 м2, средние – 150-200 м2, достигая в максиму ме – 500-700 м2. Это обстоятельство определяет главную предпосылку выбора инженерных решений по охране выработанных пространств больших сечений управляемое воздействие на окружающий камеры породный массив должно быть связано с применением охранных конструкций неопределенных размеров.

К числу таких конструкций относятся анкерные крепи, и в частности анкерные стяжные (АСК) [4].

Обобщение результатов визуальных наблюдений и инструментальных изме рений позволяет сделать выводы, которые углубляют представление о меха низме протекания геомеханических процессов в массиве пород при камерно столбовой системе разработки и составляют базу для обоснования технологии повышения устойчивости ее элементов, в том числе и анкерными системами.

Механизм работы потолочин вытекает из наблюдений за деформациями и об рушениями пород в камерах гипсовых, соляных, калийных и известняковых шахт.

"Геотехническая механика" Таблица 1 – Горно-геологическая характеристика месторождений гипса Подстилающие Мощность, м Покрывающие породы Угол породы Глубина Индекс и залега Месторождение залегания, строение ния, м пласта непосред- мощ- мощ- непосред- мощ сред- град основная ственная ность, ность, ственная ность, max min няя кровля кровля м м подошва м Артемовское месторождение алевролит, алевролит, I – VIII 3– гипса аргиллит 99 – 111 V-сложное 25,2 5,8 18,3 1,0–14,0 доломит 3,5–5,0 доломит 0,5–5, Новомосковское место- доломит, глина, I – VIII 1,4–2, рождение гипса сложное известняк известняк доломит 120 - 130 19,0 9,0 14,0 0-2 0,3–1,0 20–40 8– Бебяевское доломит алевролит ангидрит 46 – 77 I-простое 9,0 1,0 4,2 0-3 8-12 25-50 2,0-2, месторождение ангидрит известняк доломит 50 – 81 III-сложное 12,4 0,3 4,4 2,0-2,1 25-50 2,2-2, гипса доломит известняк доломит 59 – 90 V + VI 12,5 2,7 6,6 2,2-2,5 25-50 2, доломит известняк доломит 73 – 104 VIII 19,0 6,8 12,0 2,0 25-50 2, доломит известняк доломит 82 - 113 X 12,3 6,6 7,0 2,3 25-50 3, мергель, песчаник Камско-Устьинское ме- 80 – 90 III-простое 7,5 3,0 4,5 0-1 3,0-6,0 3,0-4,5 доломит 15- сторождение доломит гипса доломит доломит доломит 100 - 130 IV-сложное 13,5 10,0 12,5 0-1 3,0-5,0 15-18 16- Порецкое доломит 50 – 60 I-гипс 28,2 10,0 16,3 0-2 доломит 30-35 ангидрит, 0- месторождение гппс гппс гипс II-ангидрит 19,0 0 9,8 10-28 3,6-13, гипса и ангидрит ангидрит III-гипс 13,8 3,6 5-10 0-19 доломит 1,2-3, ангидрита гипс гипс гипс VI-доломит 3,0 1,2 2,0 3,6-13,8 5, доломит V-гипс 5,3 доломит 1,2-3,0 доломит 1,2-3, гипс гипс гипс IV-доломит 3,3 1,2 2,0 5,3 4,7-10, Выпуск № доломит VII-гипс 10,8 4,7 7,4 доломит 1,2-3, Таблица 2 – Параметры камерно – столбовой системы разработки гипса щитной пачки, м Размеры целика, Глубина залега Угол залегания, Мощность за Коэффициент извлечения Мощность уступов, м камеры, м пласта, м камер, м Ширина Высота Высота ния, м град м Предприятие 12 ЗАО «Лафарж I –7 – 110 25 3-7 15 - 18 8 -10 5,5 0, Гипс» 10 II – 8 - ОАО «Гипс I –2,5 – 4, 10 - 12 6,5-8,5 10 Кнауф» 120 - 130 19 0-2 9 - 11 0, II – 6,5 – 7, Новомосковск Пешеланская гипсовая I –3,5 – 4, 12 90 12,5 0-3 3-4 10 1,7 0, шахта II – 4, «Декор – 1»

Камско Устьинский I –6,0 – 7, 20 100 - 130 13,5 0-1 10 - 12 12 0 0, гипсовый II – 4,5 – 5, рудник Порецкий гипсово 8,5 20 50 - 60 25 -35 0 - 2 18,0-25,0 - 11 0, ангидритовый комбинат Таверни 16 16 0,40 – 0, 45 - 80 9 - 12 0 7,5 – 9,5 - 8 (Франция) 8 Обригейм I –7 – - 12 - 13 2 11,5 - 12,5 10 - 0, (ФРГ) II – 4, Драмбо Майн 116 1,5 – 2,4 5 6 - (Канада) «Кошава»

15 17 0,36 – 0, 290 20 0 12 - 7 (Болгария) Шоалс (США) 105 - 158 30 6 3,6 – 5,2 - 7,5 - 9 Порт – Марон 6,5 6, 70 - 80 8 1 6 - 7,5 2 0, (Франция) Установлено пять возможных типа развития деформационных процессов в породах защитных пачек потолочин. При одной технологии отработки пластов определящими в этих процессах является: структура и прочность, слоистость и трещиноватость пород, наличие геологических нарушений и условия нагруже ния породного массива. При более однородных породах в зависимости от про лета камер может иметь место локальное симметричное или асимметричное куполение, сливающееся в единый свод естественного равновесия, формирую щиеся над камерой. В слоистых породах свод имеет ступенчатую форму с уменьшением его пролета в глубь массива. На таких участках с развитой тре щиноватостью образуются блочные многослоистые породные системы. В сла бых породах и зонах геологических нарушений имеет место разрушение за щитных пачек потолочины в виде трапеций, обращенных большим основанием в сторону массива. В зонах замещения пород и весьма ослабленных по слоям "Геотехническая механика" связей обрушение пород потолочин происходит по плоскостям их контакта. Та кой характер деформаций и обрушения пород потолочин наблюдается как при отработке камерного запаса, так и спустя длительное время после проведения добычных работ.

В зависимости от условий, расслоение пород в потолочине камер гипсовых шахт критическое – достигает 10-15 м (пролет камеры до 16,0 м), обрушение слоев наблюдается при относительной деформации 2,3 10-3, что более чем в раза превышает относительную величину (7 10-4 образцов из гипса до начала трещинообразования. Мощность отслаивающихся пачек пород в потолочине камер составляет 0,3-0,8 м, в единичных случаях 1,2 м (шахты пильных извест няков), весьма редко при формировании свода естественного равновесия – 2,5 3,5 м (соляные шахты). Объемное развитие зон разрушения пород более выра жено вокруг выработок на калийных шахтах, причем прослеживаются две зоны повышенной трещиноватости (дезинтеграции) пород: ближняя на удалении до 2,0 м от контура выработки и дальняя в глубине массива на расстоянии от 5 жо 7 м. Таким образом, состояние приконтурного массива потолочин камер харак теризуется как поверхностной, так и глубинной неустойчивостью. Поверхност ная наустойчивость проявляется в форме обрушений, площадь которых в раз личных камерных выработках варьирует в больших пределах: от 20-50 м2 до 200-500 м2. Описанные закритические формы развития деформационных про цессов являются запредельными и нежелательными при длительной эксплуата ции камер. Безусловно, они не являются единственно возможными вариантами и могут проявляться в различных комбинациях. Однако стадии протекания процессов характеризуются общностью и для всех их, может быть, предложен следующий механизм работы потолочин.

Учитывая [1] и изложенное, можно предположить, что деформирование и обрушение пород в потолочинах камер, происходит по трещинам, параллель ным плоскостям обнажения, возникающим под действием растягивающих на пряжений, вызываемых горизонтальными напряжениями сжатия и собствен ным весом пород над камерами. Трещины отрыва (прерывность по слоям) в глубине массива имеют развитие по ослабленным межслоевым контактам.

Места их концентрации в массиве определяются расположением эпицентраль ных зон снижения прочности пород, порождаемыми асимметрией разгрузки напряжений по плоскости потолочины, которые ответственны за работу ниж ней отслаивающейся изгибающейся породной плиты или форму образования свода естественного равновесия.

Принимая во внимание механизм разрушения и сводообразивание пород в потолочине плоских камер гипсовых шахт, разработаны 3 схемы управления потолочины анкерной стяжной крепью (АСК).

Конструктивно АСК представляет собой стержневую систему, состоящую из двух анкеров длиной 2-3 м, устанавливаемых под определенным углом (45 600) к поверхности контура выработки, которые с помощью стяжек и форкопфа (переносного домкрата) натягиваются между собой. Усилия натяжения в стяж ках через подкладки передаются на массив в виде воздействий на него, что Выпуск № обеспечивает подвязку и сшивку слоев (в потолочине), упрочнение массива (в целика) и формирует в породах зоны сжатия, чем повышается поверхностная и глубинна устойчивость обнаженного массива.

В табл. 3 приведено схемы возведения АСК в камерах с различными проле тами и при разных механизмах деформирования нижнего слоя и защитной пач ки потолочины. В горно-технологическом плане можно указать на следующие особенности упрочнения потолочины. При однородных породах с осесиммет ричным деформированием массива нижнего слоя допускается возведение одно го комплекта крепи (Т.1). В случаях прогнозного вывалообразования по сере дине камеры возводятся два комплекта АСК, которые создают геомеханиче ский план запирания пород защитной пачки (Т.2, Т.3).

Схемы Т.1 и Т.3 реализованы для повышения устойчивости потолочин ка мер на Артемовской и Пешеланской гипсовых шахтах.

Таблица 3 – Схемы возведения АСК Характеристика № Характер дефор условий Схема возведения анкерной схе- мирования пото стяжной крепи Литология пролет мы лочины потолочины камеры осесимметричное однородные деформирование с или слоистые максимальным Т1 7 l прочные гип- прогибом по гео сы метрическому центру кровли крупнослои- площадное де стые или мел- формирование не кослоистые сущего слоя с об Т2 гипсы с орто- 8 l 10 разованием кон гональными тактирующих по трещинами в трещинным зонам потолочине многоугольников массивные, начальное форми скрытнослои- рование связано с стые гипсы, нарушением цело Т3 9 l склонные к стности несущего сводообразо- слоя по середине ванию камеры СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Геомеханика подземной добычи гипса. – Киев: Наук. думка, 1985.– 216 с.

2. Демченко И.И., Спиваков Ф.П. Повышение эффективности и безопасности подземной разработки пиль ных известняков. – Кишинев: «Карят Молдовянеске», 1982. – 194 с.

3. Пермяков Р.С., Романов В.С., Бельды М.П. Технология добычи солей. – М.: Недра, 1981. – 272 с.

4. Булат А.Ф., Усаченко В.Б., Левит В.В. Перспективное направление создания охранных конструкций горных выработок с использованием анкерных натяжных систем // Геомеханическая механика. – 1997. - № 3. – с. 3-10.

"Геотехническая механика" УДК 622.831.

М.А. Ильяшов, С.Д. Гребенюк, В.Б. Усаченко ВИЗУАЛЬНО-ПРИБОРНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ШАХТЫ В ЦЕЛЯХ ПОДДЕРЖАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ Викладено результати діагностики заглиблених капітальних водопропускних споруд VISUAL INSPECTION OF INSTRUMENT OF CAPITAL FACILITIES MINE FOR MAINTAINING THE OPERATING RELIABILITY Shows the results of diagnostic underground culvert capital Коецепцией Государственной программы обеспечения технической безо пасности в основных отраслях экономики Украины приоритетными задачами определены своевременная диагностика и повышение эксплуатационной на дежности объектов представляющих государственный интерес. К числу таких отнесены объекты горнодобывающего комплекса, в том числе и угольной про мышленности. Все объекты поверхностного и подземного комплексов угольной шахты можно отнести к таким важнейшим группам: 1) горно-технический по верхностный комплекс (копры, надшахтные здания, здания и сооружения обо гатительного и водохозяйственного комплексов и др.);

2) поверхностные объ екты технолого-экологического назначения (резервуары хранения воды, раз личные заглубленные и подземные галереи для транспортирования твердых сред и флюидов, пруды-накопители воды для обеспечения оборотного цикла технологического предела);

3) объекты социально-культурного назначения;

4) объекты подземного горно-технологического цикла (вертикальные, наклонные и горизонтальные выработки долговременной эксплуатации, водосборники, ка меры насосных и электроподстанций, угольные бункера и др.).

Из большого числа перечисленных объектов важную роль в обеспечении жизнедеятельности угольной шахты имеет поверхностный водохозяйственный комплекс со своей разветвленной сетью транспортирующих трубопроводов, различных резервуаров хранения воды и других флюидов и, как правило, вклю чающий систему прудов-накопителей воды с разными конструкциями водо сбросов. В системе поверхностного водохозяйственного комплекса шахты «Красноармейская - Западная № 1» эксплуатируется три крупных пруда накопителя воды.

Наше визуально-приборное обследование относится к оценке технического состояния шахтного водосброса верхнего и нижнего прудов шахты «Красноар мейская - Западная № 1». Предварительное обследование показало, что дли тельная эксплуатация объектов без выполнения капитальных ремонтов вызвало существенное снижение проектных характеристик как железобетона, так и всех конструкций объектов. Поэтому целью проведенного обследования было уста новление качественных и количественных показателей технического состояния объекта для обоснования проектных решений по повышению их эксплуатаци онной надежности.

Выпуск № Общая планировочная схема расположения объектов, шахт водосброса и от водящих заглубленных железобетонных труб показана на рис. 1, а общий их вид – представлен на рис. 2 и 3.

Правая шахта водосброса Левая шахта водосброса и отводящая труба верхнего пру- и отводящая труба верхнего пру да да Верхняя дамба Правая шахта водосброса Левая шахта водосброса и отводящая труба нижнего пруда и отводящая труба нижнего пруда нижняя дамба Рис. 1 – Общая схема водосбросов и отводящих труб "Геотехническая механика" Рис. 2 – Внешний вид водопроводящих сооружений О сь п л о ти н ы O Б ет он н а я п о д го то в к а дренаж ные о тв е р ст и я O50мм Рис. 3 – Схема шахтного водосброса нижнего пруда Выпуск № Каждое водопропускное сооружение (ВПС) прудов-накопителей представ ляет собой два шахтных водосброса с 2-я очковыми трубами круглого сечения диаметром 2,0 м. Конструкции объектов содержат верхнюю и нижнюю дамбы, облицованные железобетонными плитами.

В работе использована комплексная методика оценки состояния бетонных и железобетонных конструкций, апробированная на ряде гидротехнических объ ектов аналогичного назначения. Методика ориентирована на преимуществен ное использование методов неразрушающего контроля.

Стадии выполнения работы включали:

получение массива данных путем измерений и наблюдений непосредствен но на объекте;

камеральная обработка полученных материалов.

Полевые работы на объекте осуществлялись в следующей последовательно сти:

общее изучение водопропускных сооружений, выделение их иерархической структуры;

разбивка измерительной сетки в пределах каждой трубы для последующих визуальных наблюдений и вибродиагностики;

выполнение визуального и инструментального обследования для каждого очка;

выполнение виброакустической диагностики поверхностей оболочки конст рукции для выявления скрытых заколов, расслоений, а также пустот в окру жающем конструкцию грунте.

Для визуальных наблюдений и виброакустики по каждому очку труб разби вались профили, параллельные оси ВПС. Шаг профиля в продольном направ лении был выбран равным 1 м. Измерения выполнялись мерной лентой Р10. За нулевую отметку профилей взято начало трубы со стороны входного оголовка.

При визуальном обследовании надводной части регистрировались следую щие формы нарушенности:

наличие трещин в бетонных и железобетонных конструкциях;

заколообразования и отслоения на бетонной поверхности;

участки обнажения арматуры;

участки фильтрации воды в трубу со стороны грунтовой толщи;

зоны выщелачивания бетона.

Выявленные визуально дефекты наносились на заранее подготовленную для каждого очка развертку поверхности. Положение и размеры дефектов опреде лялись с помощью нанесенной ранее разметочной сетки. Отдельные характери стики, например, ширина швов, измерялись с помощью линейки. Наиболее ха рактерные виды дефектов фотографировались с помощью цифровой фотокаме ры.

Виброакустическая диагностика выполнялась с целью выявления заоболо чечных пустот и установления нарушений целостности конструктивных эле ментов сооружения. Ее реализация основана на закономерностях свободных колебаний плиты, односторонне контактирующей с грунтовой толщей и имею "Геотехническая механика" щей однотипный характер защемления по контуру. Для выбора информатив ных параметров при осуществлении диагностики и обоснования критериев при оценке полученных результатов выполнялся теоретический анализ колебатель ного процесса при импульсном точечном возбуждении одной из точек трубы.

При этом важным является только качественная сторона процесса, а не воз можность количественного определения характеристик колебания. Точное оп ределение выражений для амплитуд спектральных составляющих связано со значительными трудностями. Ранее показано [1], что коэффициент затухания свободных колебаний возрастает с увеличением вязкости * окружающей среды (1.1) * и ее плотности. Следовательно, в зонах с заполненными водой или воздухом полостями за боковыми стеками ВПС, значения указанных параметров более низкие, чем для нормальной грунтовой толщи.

Таким образом, для выполнения диагностики состояния системы "Охранная конструкция ВПС - грунтовая толща" целесообразно использовать средства виброакустического контроля с первичными преобразователями в виде сейсмо приемника, регистрирующими вибросмещение и определяющими в процессе аналоговой обработки сигнала усредненную за время продолжительности коле баний амплитудную характеристику сигнала.Для этого применяется ряд средств виброакустического контроля: ИСК-1, ДИКОН, ДВШ-2К, ДВШ-2М.


Наиболее подходящим для решения поставленой задачи, исходя из перечис ленных выше требований, является спектроанализатор параллельного действия с кратковременной аналоговой памятью ИСК-1Ш. Его основные технические характеристики [1]:

частотный диапазон спектрального анализа, Гц - 32 – 16000;

количество частотных каналов - 10;

количество поддиапазонов уровня - 3;

общий динамический диапазон, дБ - 81;

минимальный уровень сигнала на входе, мВ - 0,4;

напряжение питания, В - 3,3 – 4,1;

потребляемая мощность, Вт - 1,5;

масса носимого комплекта, кг - 5.

Согласно представлениям о механизме возникновения изгибных колебаний в двумерных структурах их характер определяется в основном параметрами на носимого удара, а не условиями приема. Поэтому точкой, к которой следует от нести результаты вибродиагностики, является именно точка удара. Схема рас положения точек удара в сечении очка каждого вида представлена на рис. 4.

Шаг профилей составляет 1 м. Точки приема располагают на 1 м сзади или спереди контролируемого сечения. Амплитуда сигнала определяется выраже нием:

А = 27(n-1) + 3 m, (1) где: n – номер диапазона прибора, m – ступень уровня внутри диапазона.

Выпуск № Рис. 4 – Схема расположения точек возбуждения в очках водопропускного сооружения Остановимся на результатах визуального обследования. Визуально были об следованы следующие элементы ВПС:

левые и правые шахты водосброса верхнего и нижнего пруда;

звенья отводящих труб ВПС верхнего и нижнего пруда;

выходные оголовки ВПС с блоками откосных крыльев;

плиты противофильтрационного покрытия дамбы верхнего и нижнего пру да.

В результате выполненного обследования установлено, что для внутренней поверхности шахты водосброса основными являются такие виды дефектов:

расслоение между основной бетонной конструкцией и торкретом;

разрушение бетона на значительную глубину, сопровождающееся обнаже нием арматуры и ее коррозией;

разрушение швов между секциями шахты водосброса, сопровождающееся фильтрацией воды со стороны пруда внутрь ВПС.

Для звеньев отводящих труб основными дефектами является:

коррозия поверхности бетона;

разрушение швов между звеньями с образованием глубоких выколов в ниж ней их части;

разрушение бетона на значительную глубину с обнажением и коррозией ар матуры (рис. 5).

Для выходных оголовков основные дефекты следующие:

разрушение бетона портальной стенки ВПС нижнего пруда в районе ее по стоянного контакта с поверхностью воды (рис. 6);

разрушение бетона откосных крыльев.

При визуальном обследовании плит противофильтрационного покрытия дамбы верхнего и нижнего пруда зафиксированы такие виды нарушений:

просадка плит;

трещины в плитах;

сколы поверхности бетона плит;

разрушение швов между плитами;

"Геотехническая механика" наличие грунтовых наносов и растительности Рис. 5 – Разрушение бетона, обнажение и коррозия арматуры Рис. 6 – Разрушение портальной стенки выходного оголовка Выпуск № Условные обозначения наиболее характерных типов нарушений, выявлен ных путем визуального осмотра, даны в табл. 1.

Таблица 1 – Условные обозначения различных форм нарушенности Интенсивность проявле- Графическое Комментарий ния обозначение поверхностное разруше амплитуда неровностей до 2 см ние бетона разрушение бетона с об 2-25 см в глубь нажением арматуры разрушение материала швов между на глубину от 3 до 18 см плитами и секциями труб участки увлажнения участки капежа Наблюдаются в шахтах водосброса и в местах при Места отслоения бетон мыкания выходного оголовка и труб. Толщина от ных плит слоившихся плит в пределах 13 см Данный вид коррозии наблюдаются, в основном, в Выколы бетона с обнаже нижней части труб и на стыках секций. Глубина ко нием арматуры леблется в пределах от8 до 40 см В качестве иллюстрации результаты визуального обследования представле ны графически на рисунках 7 и 8.

"Геотехническая механика" Отслоение Сильное разрушение с об плиты толщина нажением арматуры Участки напорной 8 см (площ.1,6м2/глуб. 9см) фильтрации воды 13/45/25 12/70/ 9/90/ 15/120/30 18/50/40 13/50/ Рис. 7 – Развертка внутренней поверхности левой шахты водосброса верхнего пруда с нанесенными результатами визуального осмотра Выпуск № 5/240/ 12/40/ 4/260/30 13/10/15 6/220/ 10/50/30 10/40/ 8/50/ 11/10/ "Геотехническая механика" 4/10/ 10/90/40 13/50/30 7/140/50 9/35/40 7/450/45 10/20/ 11/150/50 15/25/ 6/50/ Рис. 8 – Результаты визуального обследования правой отводящей трубы ВПС верхнего пруда Количественные характеристики всех форм нарушенности выявленных в ходе проведения визуального осмотра приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристики нарушений, выявленных при визуальном осмотре Виды дефектов нажением арматуры, м Объем иловых отложе Объем выколов без об Площадь коррозии, м нажения арматуры, м Объем выколов с об Длина разрушенных Длина трещин, м ний в трубах, м швов, м ВПС Участок шахты Левая 48 0,240 0,144 34 - водосбросов Правая 48 0,206 - 34 - Верхний пруд Водо- Левая 37,4 0,123 0,477 106,8 1,695 отводящие Правая 38,7 0,082 0,255 106,8 1,695 трубы Откосные 2,1 0,12 0,430 - - крылья Плиты покрытия 504 0,172 0 664 - 50, откоса дамбы шахты Левая 48 0,070 0,320 34 - водосбросов Правая 48 0,238 - 34 - Нижний пруд Водо- Левая 45,9 0,351 0,572 106,8 1,695 отводящие Правая 38,5 0,132 0,245 106,8 1,695 трубы Откосные 4,8 0,22 0,120 - - крылья Плиты покрытия 638 0,198 0 760 - 30, откоса дамбы ВСЕГО 1501 2,152 2,563 1987,2 6,780 81, Рассмотрим результаты виброакустической диагностики. Вследствие того, что исследуемые элементы конструкции для различных участков ВПС имеют различные характеристики, критериальные оценки виброакустики к ним тоже различны. Целесообразным является выделение трех градаций состояния эле ментов и условий их контакта с окружающим грунтовым массивом (табл. 3).

В качестве иллюстрации на рис. 9 приведена карта состояния системы «обо лочка – законтурный массив». Установлено ряд особенностей: 1) превалирует слабая степень нарушенности контакта подсистем;

2) сильная степень нару шенности контакта по четырем трубам составляет 11-21%;

3) изменение кон такта носит волнообразный характер с периодом 1,5-2,0 м;

4) максимальное на рушение контакта имеет место в нижней части водопроводящих труб.

Выпуск № Таблица 3 – Критерии состояния структур ВПС по результатам виброакустической диагностики Элемент Типичные Степень Показания Усл.

конструкции формы нарушенности прибора Обозн.

ВПС нарушенности слабая 12 – Водо- внутренние рас отводящие слоения в горизон- умеренная 39 – трубы тальной плоскости сильная свыше Плиты полости за бетон- умеренная 57 - откоса ной оболочкой в дамбы грунте сильная 69 - слабая 0 - полости за бетон Откосные ной оболочкой в умеренная 36 – крылья грунте сильная свыше G C B A F E D G’ Рис. 9 – Результаты вибродиагностики левой водоотводящей трубы ВПС верхнего пруда По результатам виброакустической диагностики рассчитаны объемы пустот за бетонными оболочками водопроводящих сооружений, а так же объем пустот под плитами покрытия откосов дамб верхнего и нижнего прудов. Данные об объемах пустот представлены в таблице 4.

"Геотехническая механика" Таблица 4 – Объемы пустот Площадь, м2 Объем, м Всего объем, м Сильная нарушен Сильная нарушен нарушенность нарушенность нарушенность нарушенность ВПС Средняя Средняя Участок Слабая Слабая ность ность Водо- Левая 53,38 27,21 26,17 0,534 0,905 3,664 5, Верхний пруд отводящие Правая 30,35 58,61 17,79 0,304 2,103 2,491 4, трубы Откосные 0 3,28 6,72 0 0,266 0,569 0, крылья Плиты покрытия 6,38 194,59 303,05 0 2,946 6,092 9, откоса дамбы Водо- Левая 29,31 58,61 18,84 0,293 2,103 2,638 5, Нижний пруд отводящие Правая 55,47 34,54 16,75 0,555 1,418 2,345 4, трубы Откосные 0 4,63 5,37 0 0,293 0,515 0, крылья Плиты покрытия 0 220,11 417,89 0 2,201 9,538 11, откоса дамбы ВСЕГО 41, Таким образом, визуально-приборной диагностикой установлено следую щее. Вследствие естественного старения бетона надежность несущих и ограж дающих элементов конструкции ВПС в значительной степени снизилась.

В грунтовой толще вокруг сооружений происходят активные фильтрацион ные процессы, которые определяются утечками воды сквозь противофильтра ционное покрытие дамб прудов.

Виброакустическая диагностика выявила наличие зон подмыва днища со оружения, которые распространяются и на боковые стенки ВПС. Дальнейшее увеличение зон грозит потерей статической устойчивости отдельных секций сооружения.

В процессе комплексного обследования водопроводящего сооружения вы явлены следующие виды дефектов:

- поверхностное разрушение бетона без обнажения арматуры;

- разрушение бетона с обнажением и коррозией арматуры;

- разрушение материала швов между кольцами труб и каркасными блоками водосбросной шахты;

- фильтрация воды по швам;

- наличие полостей на границе бетонных конструкций водопроводящего со оружения и грунтов;

Выпуск № - заиливание днища водопроводящих труб;

- просадки плит покрытия откосов дамб;

- наличие трещин и выколов в плитах покрытия откосов дамб.

Установлено, что совместное влияние на оболочки ВПС гидравлических и гравитационных факторов способствует развитию флюидодеструктивных про цессов, которые разрушают железобетон, вызывают коррозию арматуры, что снижает эксплуатационную надежность труб. Доминирующим дефектом явля ется разрыхление бетона и снижение его прочности, повсеместно наблюдается отторжение защитного слоя бетона от арматуры. Разрыхление бетона является причиной наполнения пор и трещин электролитами, содержащими газы (О2, Со2, N2). Имеет место коррозионно-гидромеханическое разрушение бетона обо лочек труб.

Резюмируя можно заключить, влияние агрессивных элементов воды прудов накопителей проявляется по смешанному механизму, т.е. имеет место коррозия бетона выщелачивания, общекислотная и сульфатная [2].


Полученные количественные показатели дефектов в диагностированных конструкциях составили основу для разруботки проекта реконструкции объек тов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Яланский А.А. и др. Теоретические и аппаратурные разработки виброволнового контроля строительных конструкций и материалов. /Яланский А.А., Паламарчук Т.А., Сергиенко В.Н., Усаченко В.Б. //Тезисы докла дов IV-ой международной научной конференции «Материалы для строительных конструкций». – Днепропет ровск, 1996 – С. 73.

2. Бажанов Ю.М. Технология бетона. – М.: Высш. школа, 1987. – 415 с.

3. Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж – Постанова Кабінету Міністрів України від 05.05.1997 р.

4. Про захист населення від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру. – Закон Украї ни № 1809-3 від 08.07.2002 р.

5. Выполнить геофизические исследования гидротехнического тоннеля (2 трубы) канала «Днепр-Ингулец»:

Отчет о НИР/НПП Технополис "Экоиндустрия";

Руководитель Б.Усаченко, 2002. - 83 с.

6. Выполнить геофизические исследования бетонного покрытия дамбы пруда-охладителя Криворожской ТЭС в пределах пикетов 38-42: Отчет о НИР/НПП Технополис "Экоиндустрия";

Руководитель Б.Усаченко, 2002. - 39 с.

7. Выполнить геофизические исследования проточной части турбины гидроагрегата № 15 ДнепроГЭС: От чет о НИР/НПП Технополис "Экоиндустрия";

Руководитель Б. Усаченко, 2004. - 28 с.

8. Ямщиков В.С., Сидоров Е.Е., Бауков Ю.Н. Физические основы акустического метода определения де фектов связи упругих слоев с основанием // ФТПРПИ. – 1979. - № 3. – С. 110 – 118.

9. 8. Земба В.А. и др. Методика и результаты виброакустической диагностики тоннелей и заглубленных водопроводящих сооружений //Геотехническая механика, 1998. – Вып. 23. – Днепропетровск. – С. 190 – 196.

10. Усаченко Б.М. и др. Научные и приборные разработки для геофизической экспресс-диагностики со стояния шахт, карьеров и гидротехнических сооружений. /Усаченко Б.М., Яланский А.А., Паламарчук Т.А., Сергиенко В.Н. //Горный вестник Узбекистана. - № 2. – С. 84 – 86.

11. ГОСТ 10180-2003. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

12. ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний.

13. ГОСТ 12730.0-2002. Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопо глощения, пористости и водонепроницаемости.

14. Мишутин А.В., Мишутин Н.В. Повышение долговечности бетонов тонкостенных конструкций плаву чих, портовых и припортовых сооружений. – Одесса, 2003.

15. Березюк А.Н. и др. Диагностика и оценка технического состояния строительных конструкций и осно ваний зданий и сооружений (методические рекомендации) // Приднепровская государственная Академия строи тельства и архитектуры, фирма ДГС. – Днепропетровск, 1996.

"Геотехническая механика" УДК 551. С.А. Кучеренко МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОЙ И КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД Проведено ретроспективний огляд існуючих методик визначення якісних та кількісних показників тріщинуватості гірських порід.

QUALITATIVE AND QUANTITATIVE ASSESSMENT FRACTURED ROCKS A retrospective review of the existing methods of determining the qualitative and quantitative indicators of fracturing of rocks.

Трещиноватость горных пород, как общее свойство горного массива, пред ставляет собой фактор, действующий постоянно и оказывающий существенное влияние на условия разработки. Изучение трещиноватости необходимо для ус пешного решения целого ряда практических задач, таких, например, как оценка устойчивости обнажений, установление связи трещиноватости с углами обру шения и сдвижения горных пород, оценка устойчивости бортов карьеров, опре деление коллекторских свойств горных пород, изучение влияния трещиновато сти на дробление среды взрывом и т.п.

Трещины в горной породе обычно распределяются не хаотически, а по не которым системам, характеризующимся определенной ориентировкой в про странстве, раскрытием трещин и их густотой, измеряемой количеством трещин на единицу длины в направлении, нормальном к их плоскостям. Однако необ ходимо отметить, что хотя интерес к изучению трещиноватости в настоящее время велик, до сих пор не разработаны ни методика ее изучения, ни методы учета ее при решении тех или иных горных задач. Поэтому разные авторы предлагают различные методы классификации и оценки трещиноватости гор ных пород, наиболее распространенные из них приведены ниже.

Различают трещины по их происхождению, деля их на эндогенные, образо вавшиеся под влиянием внутренних процессов, и экзогенные – образовавшиеся в результате внешних воздействий (тектонических процессов). Ориентировка эндогенных трещин связана с простиранием пород и изменяется по мере его изменения. Экзогенные трещины разделены на три системы: продольные (сов падающее с основным направлением складчатости), поперечные (имеющие на правление, близкое к меридиональному) и диагональные – секущие простира ние основных складок с северо-востока на юго-запад.

В качестве основных характеристик трещиноватости массива наиболее час то применяются следующие.

1) Степень трещиноватости – nТ – число трещин одной системы на 1 м дли ны в направлении, перпендикулярном поверхности разрыва.

2) Среднее расстояние между трещинами – величина обратная степени тре щиноватости dT=1/nT.

3) Структурный объем – наименьший однородный объем (отдельность) по Выпуск № роды, образованный системой трещин пересекающих массив VC.O=dadbdc, где da, db и dc – среднее расстояние между трещинами во взаимно перпендикулярных направлениях.

ВНИМИ предлагает характеризовать трещиноватость массива средними размерами структурных блоков, на которые он разбивается трещинами (табл. 1).

Таблица 1 – Характеристика трещиноватости массива Сильно- Средне Слаботре Степень трещиноватости пород трещино- трещино щиноватые ватые ватые Средние размеры структурных блоков, см (10-15) 15-50 (50-100) Геометрическая классификация. Согласно этой классификации определяется ориентировка трещин относительно плоскости напластования. По углу между плоскостью трещины и плоскостью напластования трещины разделяются на две группы – нормальносекущие ( = 70 – 90°) и кососекущие ( = 0 – 70°), а по углу между линией простирания пород и линией пересечения плоскости тре щины с плоскостью напластования – на три: продольные ( = 0 – 20°), диаго нальные ( = 20 – 70°) и поперечные ( = 70 – 90°).

При разработке пластовых месторождений для решения многих горнотех нических вопросов, связанных с управлением горным давлением в подземных выработках и устойчивостью бортов в карьерах необходимо определять трещи новатость горных пород и параметры ориентировки трещин по отношению к поверхностям напластования и элементам системы разработки. Применяемая в настоящее время методика изучения трещиноватости пород с помощью опре деления азимутов и углов падения трещин, применяемая для общей геологиче ской оценки трещиноватости пород и их связи с тектоническими процессами, для рассматриваемых целей неудобна, так как не дает возможности непосред ственного измерения указанных углов. Для этого, как известно, требуется про ведение трудоемких пересчетных операций. Кроме того, в подземных выработ ках возможны ошибки измерений из-за влияния магнитных масс.

Одна из предлагаемых методик изучения трещиноватости горных пород по зволяет непосредственно измерять положение поверхностей трещин по отно шению к поверхностям напластования и элементам систем разработки. Здесь условно принято за начальное (нулевое) направление отсчета углов – направле ние простирания пласта, которое, согласно известному правилу горной геомет рии, считается направленным налево относительно наблюдателя, смотрящего на кровлю пласта или направо относительно наблюдателя, смотрящего на поч ву. В этом случае положение любой трещины относительно поверхности на пластования может быть определено двумя углами – и. ( – угол между на правлением простирания пласта и линией пересечения трещины с кровлей или "Геотехническая механика" почвой (следом трещины);

– угол между поверхностью трещины и напласто ванием, определяемый в плоскости, перпендикулярной к линии их пересече ния).

При определении степени трещиноватости горного массива важно устано вить, какими именно количественными показателями она должна характеризо ваться. По мнению еще одних авторов, коэффициент, характеризующий сте пень трещиноватости, должен показывать степень раздробленности массива плоскостями ослабления при любом количестве систем трещин, причем струк тура этого коэффициента должна быть такой, чтобы в нем можно было учесть силы сцепления и силы трения по поверхностям трещин. Если коэффициент трещиноватости будет отвечать этим требованиям, с его помощью можно будет сравнивать не только отдельные участки месторождения, но и отдельные ме сторождения между собой.

В геологической литературе рекомендуется характеризовать трещинова тость горных пород объемной плотностью трещин Т. Однако, практически кроме этой величины авторы предлагают еще одну – удельный объем трещин ных пустот П.

Из определения указанных двух величин следует, что они выражаются сле дующими формулами:

n S i Т= i = V n S ii П= i = V где n Si – суммарная поверхность трещин в объеме породы V;

i = n S – суммарный объем трещинных пустот в объеме V;

ii i = i – ширина раскрытия трещин i-той системы.

Помимо измерения элементов залегания для каждой трещины, должна быть произведена оценка характера ее поверхности. Для избегания субъективного подхода к этому вопросу предлагается пользоваться приводимой ниже класси Выпуск № фикацией, в которой классификационным признаком является чистота «обра ботки» поверхности трещины природными силами. Степень этой «обработки» в значительной мере определяют спаянность отдельностей, разделенных трещи нами – чем ровнее и чище поверхности контактов, тем легче по ним происходит разрушение горных пород в обнажении.

Поверхности трещин предлагается разделить на следующие пять классов:

1) Поверхность зеркально гладкая, пришлифованная, блестящая;

может быть волнистой, неровной. Следы перемещений, притираний отсутствуют.

2) Поверхность носит следы притирания, скольжения (борозды, струи и т.п.).

3) Поверхность ровная, гладкая или слегка шероховатая, матовая, без следов скольжений.

4) Поверхность неровная, шероховатая, иногда слегка раковистая.

5) Поверхность неровная, раковистая, ячеистая, или уступчатая, напоми нающая поверхность излома, не связанную с какими-либо структурными ос лаблениями.

Первые два класса характерны для тектонических (экзогенных) трещин, сле дующие три – для прирожденных (эндогенных) трещин.

При изучении трещиноватости массива горных пород все замеры трещин чаще всего производятся в одной плоскости обнажения. Системы замеряемых трещин могут быть по разному ориентированы относительно этой плоскости и, следовательно, частота их проявления в массиве будет в этой плоскости отра жена неодинакова (под частотой трещиноватости подразумевается линейная частота, а именно количество трещин, приходящихся на единицу длины).

Очевидно, системы трещин, не перпендикулярные к плоскости обнажения, будут охарактеризованы заниженной частотой, так что сравнение частот тре щин различных систем и определение их относительных частот проявления в массиве по наблюдениям в одной плоскости окажется неверным.

Чтобы правильно сравнивать частоты различных систем, А.В. Михайлова предлагает для каждой системы привести число замеренных трещин к плоско сти, ориентированной нормально к этой системе. Очевидно, для этого замерен ное в забое число трещин придется умножить на некоторых коэффициент k (табл. 2), величина которого зависит от угла между поверхностью обнажения и поверхностью трещины, т.е. n' = n * k, где n – линейная частота данной системы трещин в массиве, полученная в результате наблюдений в вертикальном забое и n' – частота, приведенная к вертикальной плоскости, перпендикулярной к по верхности данной системы трещин.

"Геотехническая механика" Таблица 2 – Коэффициетны для пересчета Угол па- Угол между направлением забоя дения и направлением падения трещин, град трещины 10 20 30 40 50 60 70 80, град 90 1,02 1,06 1,15 1,30 1,56 2,00 2,94 5,79 – 80 1,02 1,06 1,15 1,30 1,51 1,92 2,70 4,17 5, 70 1,01 1,05 1,14 1,25 1,45 1,72 2,13 2,70 2, 60 1,01 1,04 1,12 1,20 1,33 1,51 1,72 1,92 2, 50 1,01 1,03 1,09 1,15 1,23 1,35 1,45 1,51 1, 40 1,00 1,02 1,05 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1, 30 1,00 1,01 1,03 1,05 1,09 1,11 1,14 1,15 1, 20 1,00 1,01 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1, 10 1,00 1,00 1,00 1,01 1,01 1,01 1,01 1,02 1, СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Труды по изучению вопросов трещиноватости пород в горном массиве. – Ленинград: 1964. – 104 с.

2. Ушаков И.Н. Горная геометрия. – Госгортехиздат, 1962 – 147 с.

3. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разра ботке рудных месторождений. – Изд ВНИМИ, 4. Машанов А.Ж. Механика массива горных пород. – Алма-Ата, 1961 – 215 с.

Выпуск № УДК 622. М.М. Козерема КОРРОЗИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА И ЕГО ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТОРКРЕТИРОВАНИЕМ У статті розглянуті проблеми корозії бетонних і залізобетонних конструкцій, наведено класифікацію ос новних видів корозійних процесів і зовнішніх факторів, що сприяють руйнуванню залізобетону. Окреслено шляхи застосування торкретування, як одного з головних заходів з ліквідації пошкоджень викликаних корозією.

CORROSION OF REINFORCED CONCRETE AND ITS REHABILITATION BY SHOTCRETING In article are considered problems corrosion of concrete and reinforced concrete structures, shows a classification of the main types of corrosion processes and external factors contributing to the destruction of reinforced concrete. Out lines ways of applying shotcrete, as one of the main measures to eliminate the damage caused by corrosion.

В прошлом веке при интенсивных темпах индустриализации и роста по требностей мирового хозяйства бетон, армированный стальной арматурой был избран в качестве основного строительного материала. Этот выбор был основан на убеждении, что именно бетон является наиболее прочным и долговечным материалом из всех существующих. Никто не задумывался о том, что через ка ких-нибудь 40-50 лет многие ответственные железобетонные сооружения будут находиться в аварийном состоянии по причине явления коррозии, разруши тельно действующей на металлоконструкции и прочие использующиеся строи тельные материалы. Окружающая среда оказалась враждебной для твердого, пористого, искусственно созданного из неорганического связующего (цемент ного камня) и минеральных заполнителей материала, со скрытым внутри сталь ным армокаркасом.

В последние годы проблемы коррозии железобетонных сооружений и ее предотвращения становятся все более актуальными. В Украине сотни произ водственных и гидротехнических (тоннели, каналы, насосные станции водово ды, плотины ГЭС и ГАЭС) сооружений, а также горных выработок [1, 2] нуж даются в принятии срочных и эффективных мероприятий по реабилитации.

Перед тем, как принять необходимые решения, относительно технологии ремонта и восстановления поврежденного железобетона важно, в первую оче редь, определить, каким конкретным видам коррозионных процессов подвер глась конструкция и какие последствия негативного влияния на неё коррозии.

В настоящее время существует определенная классификация агрессивных воздействий на бетон. На рис. 1 приведена схема, в которой систематизированы наиболее часто встречающиеся виды и типы коррозии, а также прослежена взаимосвязь между некоторыми из них.

Как уже было отмечено, бетон является пористой структурой. Наличие пор в бетоне обуславливается физическими свойствами цементного камня и техно логическими факторами производства бетона [3]. Величина пор колеблется в пределах 0,5 нм – 1 мм и выше.

"Геотехническая механика" Выпуск № Рис. 1 – Классификация коррозионных процессов в железобетоне Наименьшими размерами, соизмеримыми с размерами молекул воды, харак теризуются так называемые гелевые поры, образующиеся в гидросиликатном геле в процессе гидратации цемента. Их объем в цементном тесте составляет около 28 %.

Однако практический интерес с позиции долговечности бетона представля ют собой поры гораздо больших размеров: воздушные (сферические) и седи ментационные, служащие своеобразными каналами для циркуляции влаги в те ле бетона. Такого рода поры образуются вследствие недостаточно тщательного перемешивания бетонного раствора, либо же из-за применения воздухововле кающих добавок для повышения морозостойкости бетона (рис.2).

Поры в аншлифе бетона Рис. 2 – Шаровые поры, образуемые воздухововлекающими добавками Объем относительно крупных по величине пор составляет около 5 % от объ ема затвердевшего бетона, однако площадь их внутренней поверхности, сопри касающейся с реагентами из внешней среды (различные газы в водном конден сате, растворы кислот и солей), очень велика.

Наиболее часто разрушение бетона происходит во влажной среде. Проф.

В.М. Москвин, в своей книге «Коррозия бетона и железобетона, методы их за щиты» [4], разграничивает коррозию по механизмам воздействия на три основ ных вида. К I виду относятся нарушения, связанные с явлением фильтрации во ды сквозь бетонный массив. При такой фильтрации химические вещества, из которых состоит цемент, растворяются и вымываются, а бетон теряет свою "Геотехническая механика" прочность. Этот процесс называется также выщелачиванием, поскольку вымы ваются гидроксид, гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

Большое значение для повышения устойчивости бетона в условиях возмож ного выщелачивания имеет процесс карбонизации поверхностного слоя бетона.

При карбонизации на воздухе, с содержащемся в нем углекислом газе, образу ется труднорастворимый карбонат кальция, который одновременно уплотняет поверхностный слой бетона за счет увеличения объема на 11 % при переходе Са(ОН)2 в СаСО3.

Явление карбонизации имеет также свою негативную сторону, так как спо собствует разрушению пассивирующей (защитной) пленки на поверхности ар матуры. Именно поэтому карбонизация относится ко ІІ виду коррозии, характе ризующейся воздействием на железобетон водных растворов кислот и солей.

Дело в том, что за счет реакции углекислоты с гидроксидом кальция щелоч ная среда в бетоне постепенно переходит в кислую (падение уровня рН до 9 и ниже) [5, 6, 7]. В случае, если карбонизированный слой бетона доходит до по верхности арматуры, то последняя становится практически не защищенной от действия агрессивной по отношению к ней среды. Последствия подобных явле ний показаны на графике (рис. 3) Рис. 3 – Коррозия стали в водных растворах в зависимости от уровня рН Зависимость глубины карбонизации от ряда факторов [8] проиллюстрирова на формулой:

c Y = 2D x c Выпуск № где Y – глубина карбонизации, мм;

D – коэффициент диффузии (сопротив ляемость прониканию СО2 – зависит от плотности бетона), мм2/с;

с1 – концен трация углекислого газа в атмосфере у поверхности бетона, гр/м3 (составляет около 0,6 гр/м3);

с2 – необходимое для карбонизации 1 м3 бетона количество уг лекислого газа, гр/м3 (определяется содержанием свободной гидроокиси каль ция в бетоне);

х – продолжительность карбонизации, годы.

Примером наиболее активной карбонизации может служить физико химический процесс, происходящий у оголовка заводских дымовых труб для отвода печных газов. В данном случае оголовок трубы покрывается обильно насыщенным СО2 водным конденсатом, который в виде углекислоты проникает в глубь бетона и разрушает его (рис. 4).[9] Рис. 4 – Коррозия бетона оголовка заводской дымоотводящей трубы вследствие конденсации агрессивных печных газов Подобным образом на бетон воздействуют и другие минеральные кислоты:



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.