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:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Раздел 2.

ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ

УДК 622.25

ПЕРСПЕКТИВЫ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ОРГАНИЗАЦИИ

СТРОИТЕЛЬСТВА ШАХТНЫХ СТВОЛОВ

С.В. Борщевский,

Донецкий Национальный технический университет, г. Донецк, Украина

В.В. Левит,

ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка», г. Донецк, Украина

На основе рассмотренного передового опыта шахтопро ходческих организаций Донбасса по строительству вертикаль ных стволов на Украине представлены перспективы и направле ния совершенствования организации строительства шахтных стволов. Разработана классификация условий проходки стволов и многовариантная схема их строительства.

Вертикальные шахтные стволы являются сложными инженерными сооружениями. Поиск и разработка эффективных решений по интенсифи кации их строительства является актуальной научно-технической пробле мой развития угольной промышленности Украины.

При существующем уровне потребления угля, мировая потребность в угле до 2015 года увеличится минимум вдвое [1]. Именно поэтому разви тие мировой и отечественной угольной промышленности характеризуется повышением конкурентоспособности угля, что неразрывно связано со строительством новых и модернизацией действующих угольных шахт. А одним из наиболее сложных, дорогостоящих процессов в комплексе работ по строительству и реконструкции шахт является строительство верти кальных стволов, лежащих на критическом пути. Являясь одними из наи более ответственных горных выработок, стволы должны бесперебойно ра ботать многие десятки лет. Трудности поддержания стволов связаны, во первых, с тем, что они пересекают горные породы с самыми различными свойствами, включая малопрочные, пластичные или разрушенные породы, а также породы, содержащие подземные воды. Во-вторых, с тем, что ство лы располагаются большей частью над разрабатываемой залежью, и по этому на них влияют последствия различных технологических процессов в периоды сооружения и эксплуатации. Вовлечение в эксплуатацию место рождений полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах и в сложных горно- и гидрогеологических условиях, значительно усложняет условия проходки и поддержания стволов и требует разработки новых технологий со значительным усовершенствованием организации всех эта пов строительства.

Для принятия правильных технических решений при проходке ство лов необходимы не только надежный прогноз и точная геомеханическая оценка условий их сооружения и поддержания, но и дальнейшее совер шенствование классификации и типизации схем проходки и оснащения с особенно детальной проработкой технологий проходки для сложных усло вий. Оптимизации конструкций крепи и армировки и режимов их взаимо действия с породами с целью защиты от недопустимых деформаций долж ны учитывать наличие опасных воздействий со стороны массива горных пород и напоров подземных вод, особенно при проходке в обводненных неустойчивых породах, в контактных зонах, а также в зонах нарушений.

Трудоемкость и продолжительность проходки в перечисленных условиях достигает 30…40% от общих трудовых затрат и продолжительности строительства всего ствола. Именно в этом лежат причины удорожания стволов. В то же время тип крепи, технология и механизация ее возведения предопределяют скорость проходки и производительность труда проход чиков. Следовательно, в современных рыночных отношениях особое зна чение приобретает задача снижения затрат на строительство и поддержа ние горных выработок не за счет удешевления материалов, а путем улуч шения организации сооружения на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации. Не только степень надежности выработок, но и технико экономические показатели их строительства напрямую зависят от полноты учета многочисленных факторов как в принятых методах расчета конст рукции ствола, так и выборе параметров оптимизации организации строи тельства комплекса.

По нашему мнению определяющими признаками прогресса техноло гии сооружения стволов являются показатели уровня механизации, подъе мовооруженности, производительности труда, достигнутой скорости про ходки протяженной части ствола и принятых схем оснащения и проходки.

Как отмечалось ранее в работах [2], развитие технологии строитель ства вертикальных стволов в бывшем СССР прошло четыре этапа, послед ний из которых начался с 2000 года в связи с востребованностью шахтного строительства и, как следствие, появлением крупных инвесторов (шахт им. А.Ф.Засядько, «Красноармейская-Западная №1»), которые начали вкладывать собственные и привлеченные средства в реконструкцию шахт при максимальном финансировании в первые месяцы строительства [3,4] и ритмичном обеспечении стройки весь последующий период, что обеспечи ло резкое увеличение объемов и темпов строительства стволов.

Происшедшее на базе отработанных технологий и порой устаревших механизмов бесспорное возрождение шахтопроходческой отрасли в дан ном периоде характеризуется жестким рыночным отбором экономически эффективных системных технических решений, позволяющих удешевить и ускорить строительство стволовых комплексов не за счет упрощения кон струкции стволов, а за счет принципиально новых договорных финансо вых и производственных отношений, ударного оснащения стволов и орга низации скоростных проходок по всей глубине ствола, независимо от гор но-геологических условий. Так, ВПС №2 шахты им.Засядько был оснащен в невиданно короткий даже для бывшего СССР срок – 7 месяцев, а затем пройден на всю глубину 1260 м со средними темпами более 100 м/мес.

С использованием передового опыта, накопленного при оснащении и проходке ВПС № 2 на ш. им. А.Ф.Засядько [3], ВПС № 2 ш. «Красноар мейская-Западная № 1» начал проходиться ровно через год после начала оснащения, которое включало в себя заморозку пород до глубины 80 м, и был пройден за 14 месяцев на глубину 850 м при диаметре 8 м, водоприто ках более 25 м3 и наличии многочисленных геологических нарушений.

Начиная с 2000 г., не изменяя принципиально схем проходки, почти не получая новое оборудование, а только восстанавливая ранее использо ванное за счет средств заказчика, ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка»

освоил более 220 млн. грн., при пройденных 4 км стволов.

Таким образом, отличительными признаками пятого периода, при сохранении достигнутых в 80-е годы показателей механизации и подъемо вооруженности, явились следующие принципы и положения, отработан ные на перечисленных стройках [3,4,5]:

1) сроки оснащения и высокие темпы строительства являются глав ным фактором снижения стоимости сооружения комплекса;

2) оперативное принятие технических решений по оснащению в час ти временных сооружений, иногда непосредственно на месте, способству ет удешевлению и ускорению строительства;

3) созданное в 60…70-х годах горнопроходческое оборудование не обходимо и возможно использовать после соответствующего восстановле ния и модернизации, при этом технические возможности машин и меха низмов обеспечивают скоростные темпы проходки;

4) договорной подход при формировании стоимостных параметров, отказ от затратной схемы составления договорных цен, направление полу чаемых подрядчиками денег на пополнение оборотных средств, исполь зуемых для работ по стволу, увязка фонда оплаты труда только с физиче скими объемами и сроками строительства как важнейший рычаг в увели чении производительности труда;

5) перспективное видение всех проблем заказчиком, широкое пони мание функций инвестора создает на стройке очень важные для успеха партнерские взаимоотношения.

Отличительной особенностью сегодняшнего этапа развития и со вершенствования проходки стволов является необходимость нового под хода к классификации и унификации схем проходки и оснащения.

Принимая во внимание накопленный за последние годы опыт ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка», разработанные ранее классификации ус ловий проходки [6], их условность и стремление практиков к упрощенному выбору технологий можно выделить 3 сложившихся типа условий проход ки стволов (табл.1.).

Таблица Предлагаемая классификация условий проходки стволов Краткая горно геологическая характе Тип условий Тип Соответст ристика вмещающих Характер и компли- вие сущест пород время ожидае ментар- вующим мых деформа Устойчивость, ной кре- классифика Водо- ций прочность, пи циям при трещинова токи тость Вязко неустойчивые с пластичные, формируют большой сте Булычев Н.С.

пенью раскры- большую зону Комби [8]-I,II неупругих де- нирован тия трещин и более Козел А.М.

I ярко выражен- формаций во- ные и 10 м3/ч [7]-I,II круг ствола на многосло ными реологи Левит В.В.

ческими свой- протяжении йные [6]-V длительного ствами сж 30 МПа времени его эксплуатации Упруго- Булычев Н.С.

слабоустойчи пластичные, Штуч- [8]-III вые с высокой ные более 5 возможны в ви- Козел А.М.

II степенью пол м3/ч де обрушения (тюбин- [7]- III зучести говые) при обнажении Левит В.В.

сж 30 МПа забоя [6]-IV относительно Булычев Н.С.

Упругие, хруп- Жесткие, устойчивые с [8]-IV кого разруше- монолит низкой степе- до 5 Козел А.М.

III ния, при про- ные (бе м3/ч нью раскрытия [7]-IV,V ходке не на- тон, трещин Левит В.В.

блюдаются железо сж 30 МПа [6]-I,II,III бетон) Первый тип условий как наиболее сложных характеризуется приме нением комбинированных крепей, разработанных на основе математиче ских методов, описывающих систему «крепь-массив», компенсирующих интенсивные смещения окружающих горных пород и не снижающих тем пы проходки.

В этих же условиях, в зависимости от трещиноватости пересекаемых водонасыщенных горных пород, отработаны схемы активного водоподав ления через пакеры, когда непродуктивный в микро- и макропористых горных породах тампонаж заменяется упорядочением водопритоков по стволу, отсекая воздействие воды на обнаженный забой.

Исходя из современных реалий (необходимость экономии и высоких темпов строительства) во втором типе условий технология нацелена на максимальное использование штучных крепей (железобетонные и бетон ные тюбинги), когда на площадке еще нет своего бетонного узла, когда ус танавливаемая крепь, изготовленная в заводских условиях сразу включает ся в работу, воспринимая нагрузку от неустойчивых пород, когда высокие эксплуатационные качества верхней части ствола, подверженной темпера турным перепадам, обеспечиваются за счет крепи, изготовленной в про мышленных условиях.

Технология третьего типа условий основывается на современных воззрениях об отсутствии деформаций на протяженной части ствола и воз можности крепления стволов технологичными монолитными бетонными кре пями (при необходимости усиленными анкерами) и отсекаемыми от участков геологических нарушений или подработок деформационными швами.

Технология водоподавления забоя через пакеры и конструкция паке ра детально описана в [5], а положительные итоги тампонажа мелкопорис тых и мелкотрещиноватых водоносных пород двухкомпонентной полиуре тановой системой смол БЕВЕДОЛ WFА-БЕВЕДАН фирмы КарбоТех (KarboTech) оказали влияние на принятие заказчиком (шахта «Красноар мейская-Западная №1») решения о проведении последующей обработки водо носных горизонтов вышеописанной технологией по окончании проходки ВПС №2 для снижения водопритоков до минимальных величин. А это, в свою оче редь, позволило получить значительную экономию затрат по электроэнергии из-за уменьшения объема воды, откачиваемой на поверхность.

Примером передовой технологии является также чеканка швов желе зобетонных тюбингов графитовой замазкой, изготовленной институтом ИНФОУ НАН Украины, что позволило при минимальных затратах добить ся качества водоизоляции колонны из железобетонных тюбингов, не усту пающего тюбингам чугунным.

Элементы дешевой, но эффективной новизны в виде резиновых про кладок между железобетонными тюбингами, графитовый наполнитель тампонажных растворов, сделанный из местных материалов, обратное инициирование зарядов, привязка зарплаты проходчиков к точному вы полнению установленных сроков всего строительства и ряд других органи зационных мероприятий значительно улучшили технико-экономические показатели строительства.

Перечисленные новые подходы [9], выработанные за последние три года, дают высокие экономические результаты Приведенная ниже схема сооружения вертикальных стволов шахт (рис. 1), позволяет определить направление строительства, очередность его этапов и наметить пути удешевления. Здесь же, для примера, указаны сро ки основных этапов сооружения ствола ВПС №2 шахты «Красноармей ская-Западная №1». Подробно вопросы организации оснащения и проход ки рассмотрены в работах [4,5,6].

Внутрипощадочный подготовительный период Оснащение поверхности Типы копров Схемы сооружения копров для проходки ствола 12 мес.

Постоянные Постоянные Сооружение копров Временные 3 мес. Совмещенные Строительство устья с примыкающими каналами Строительным методом Временные 3 мес.

до 20м Проходка технологической Копровые до 40м части ствола 5,5 мес. В стволе Монтаж забойного оборудования На поверхности 0,5 мес.

Основной период Схемы проходки Параллельно-щитовая Последовательная Проходка протяженной части ствола 14 мес. Комбайновая Совмещенная После проходки ствола Проходка сопряжений и камер 6 мес. Совместно со стволом Параллельная Схемы армирования Переоснащение для армирования Жесткими 1 мес.

проводниками Последовательная Армирование ствола Канатными проводниками 6 мес.

Совмещенная Заключительный период Оснащение поверхности По временной схеме По постоянной схеме для II периода строительства Проведение По временной Переоснащение ствола По постоянной Проведение горных горных схеме и копра схеме выработок выработок Оснащение для Устройство запасного армирования ствола и выхода, демонтаж копра временного копра Армирование ствола и Сооружение копра постоянного копра Монтаж постоянных обменных разгрузочных Наладка подъемных Навеска сосудов Сдача ствола в комплексов подъемных эксплуатацию - Схема строительства, принятая на ш. “Красноармейская-Западная №1” Рис.1. Многовариантная схема строительства стволов Накопленный опыт передовых шахт Украины должен быть исполь зован всей угольной промышленностью в соответствии с программой «Ук раинский уголь», которой предусмотрено строительство шахт с привлече нием отечественных и зарубежных инвесторов, государственного бюдже та. Это создает реальные возможности увеличить объемы добычи угля к 2010 году до 110 млн. тонн.

Выводы.

1. Отличительной особенностью сегодняшнего этапа развития и со вершенствования проходки стволов является жесткий рыночный отбор системных технических решений, позволяющих удешевить и ускорить строительство стволовых комплексов не за счет упрощения конструкции стволов, а за счет принципиально новых договорных финансовых и произ водственных отношений, ударного оснащения стволов и организации ско ростных проходок по всей глубине ствола, независимо от горно геологических условий.

2. Только плодотворное партнерское сотрудничество заказчика, ин весторов и подрядчика позволяет достичь высоких темпов проходки, сни зить общую стоимость сооружения ствола, внедрить новые технические решения и разработки, имеющие своей конечной целью минимизацию за трат.

3. Необходимы новый подход к классификации и унификации схем проходки и оснащения стволов и создание на их основе нормативных до кументов, регламентирующих строительство стволов в новых условиях.

Литература 1. Півняк Г.Г., Пілов П.І., Бондаренко В.І., Саллі В.І. та інші. Про блеми стратегії розвитку вугільної промисловості України.//Сб. науч. тр.

НГУ. – Днепропетровск, 2003. – №17- Т. 1.

2. Кокунько И.Н. Совершенствование технологии строительства вер тикальных стволов шахт буровзрывным способом. Автореф. дис. …канд.

техн. наук 25.00.22/ТулГУ – Тула, 2001. – 17с.

3. Звягильский Е.Л., Новик Е.Б., Левит В.В. Конъюктурно-экономи ческие и горно-технологические аспекты оснащения проходки воздухопо дающего ствола//Уголь Украины. – 2001. – №4. – С. 7-13.

4. Байсаров Л.В., Ильяшов М.А., Корзун А.В., Логвиненко В.И., Ян ко С.В. Привлечение инвестиций в угольную промышленность Украины:

состояние, проблемы и пути решения: Монография. – Киев: Основа, 2002.

– 288 с.

5. Миронов В.В., Пшеничный Ю.А. Сооружение вертикальных ство лов ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка» за счёт средств крупных шахт и инвесторов//Уголь Украины. – 2003. – №8. – С.33-40.

6. Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комби нированных способов крепления вертикальных стволов в структурно не однородных породах: Дис. … докт. техн. нук: 05.15.04 / НГА. – Днепро петровск. – 1999. – 463 с.

7. Козел А.М. Геомеханические вопросы проектирования и поддер жания шахтных стволов./Книга 1. Условия поддержания, состояние, виды и причины деформаций вертикальных стволов. СПб., ООО «Недра», 2001.

– С.28.

8. Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальных стволов шахт./М.: Недра, 1978. – С.24.

9. Байсаров Л.В., Ильяшов М.А., Новик Е.Б., Левит В.В., Борщев ский С.В. Анализ опыта и направления совершенствования организации строительства шахтных стволов.//Уголь Украины.– 2004.– №8. – С.34-39.

622.25:550.8. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОННОЙ КРЕПИ СТВОЛОВ И ПУТИ ИХ УВЕЛИЧЕНИЯ С.В. Борщевский, А.А. Дрюк Донецкий Национальный технический университет, г. Донецк, Украина Определена закономерность снижения прочностных ха рактеристик бетона при ухудшении качества заполнителей. Оп ределены условия, оказывающие влияние на этот процесс. Это явление объяснено. Даны рекомендации по созданию сверхпрочно го бетона и по стабилизации качества цемента.

Создание высокопрочного бетона осуществляется в основном за счет повышения активности цемента и улучшения технологии бетонозатворе ния. При этом совершенно не учитывается влияние реологических свойств заполнителей на прочностные характеристики бетона. Это обуславлива лось главным образом отсутствием закономерностей динамики снижения прочностных характеристик бетона с изменением условий и возрастанием времени хранения входящих в его состав компонентов. Данная работа по священа решению этой важнейшей проблемы.

Монолитная бетонная крепь относится к типу поддерживающих и подпорных, обладает достаточно высокой несущей способностью. Крепь возводят, применяя механизацию всех операций, начиная с приготовления бетонной смеси и кончая укладкой ее за опалубку. Степень механизации достигает 84...88%. При возведении бетонной крепи в вертикальных ство лах, например, достигается наиболее высокая производительность труда.

Стоимость крепи из бетона в 1,3... 1,5 раза дешевле, чем из железобетон ных тюбингов и в 5...7 раз по сравнению с чугунными тюбингами. Бетон обладает хорошей адгезией практически со всеми видами горных пород.

Гладкая внутренняя поверхность бетонной крепи обладает малым аэроди намическим сопротивлением. Так, коэффициент аэродинамического со противления бетонной крепи в 3...4 раза меньше по сравнению с тюбинго вой. Срок службы бетонной крепи обеспечивает эксплуатацию стволов в течение десятков лет. Материал крепи огнестоек, а для его приготовления можно использовать дешевые местные материалы (щебень, песок).

Бетонную смесь изготовляют на портландцементе (обычный гидро фобный и быстротвердеющий) и шлакопортландцементе марки не ниже М400. При пересечении вертикальным стволом пластов, воды которых об ладают сульфатной агрессией, применяют сульфатостойкий портландце мент и бетон повышенной плотности [1].

Создание высокопрочного бетона осуществляется в основном за счет повышения активности цемента и улучшения технологии бетонозатворе ния. При этом совершенно не учитывается влияние реологических свойств заполнителей на прочностные характеристики бетона. Это обуславлива лось главным образом отсутствием закономерностей динамики снижения прочностных характеристик бетона с изменением условий и возрастанием времени хранения входящих в его состав компонентов.

Методика экспериментального определения прочностных характери стик исследуемых образцов была принята стандартной с учетом особенно стей решаемых технических задач [2]. Полученные научные и практиче ские результаты [3] состоят в следующем.

Эффективность цемента и наполнителей (песка и щебня) бетонной смеси в первые 80…100 суток после их получения (добычи, измельчения) ухудшается, а затем стабилизируется, причем предел прочности на изгиб полученного на их основе бетона снижается через этот отрезок времени на 20…30%, а на сжатие – на 4,6…4,8% по сравнению с характеристиками, полученными из «свежих» компонентов. Однако, если наполнители хра нить в инертной среде, например, в диоксиде углерода, то прочность на из гиб полученного на их основе бетона не снижается с возрастанием срока их хранения до начала бетонозатворения и остается такой же, как у бетона, полученного из «свежих» компонентов, а прочность на сжатие, хотя и снижается, но в гораздо меньшей степени по сравнению с величиной, ус тановленной для условий хранения в кислородсодержащей среде (рис.1).

Раскрыт механизм этого явления, который заключается в следую щем. При дроблении твердых материалов на их поверхности, как известно [3], образуются короткоживущие центры (КЖЦ), активизирующие хими ческие реакции. При контакте с атмосферным воздухом эти КЖЦ погиба ют. Это значит, что основным условием получения сверхпрочного бетона следует считать использование наполнителей с активной поверхностью, т.е. до начала «гибели» короткоживущих центров.

П редел прочности на изгиб Gизг, МПа 0 20 40 60 80 100 В ремя, сут Предел прочности на сжатие Gсж, МПа 0 20 40 60 80 100 Время, сут При хранении на воздухе При хранении компонентов в углекислоте Рис.1. Изменение прочности бетона с возрастанием времени хранения исходных компонентов в различных условиях С учетом полученных результатов применительно к действующей на Амвросиевском цементном заводе ОАО «Донцемент» технологической схеме производства портландцемента (рис. 2) при подаче цемента из шаро вой мельницы в цементные силосы при помощи сжатого воздуха, разрабо таны рекомендации по повышению бетонозатворительной эффективности цемента.

Вращающаяся печь 1 2 3 Газ Карьер мергеля и мела L=1,5 км Склад гипса Склад клинкера Силосы для цемента 8 Рис.2. Действующая технологическая схема производства портландцемента на Амвросиевском цементном заводе:

1 – сырьевая мельница;

2 – шламовые насосы;

3 – трубопровод для подачи пульпы с карьера на цементный завод;

4 – шламбассейн;

5 – вращающаяся обжиговая печь;

6 – цепной пластинчатый конвейер;

7 – склад клинкера;

8 – шаровая цементная мельница;

9 – склад гипса;

10 – гипсовая дробилка;

11 – приемный бункер;

12 – компрессор;

13 –– цементный трубопровод;

14 – силосы для цемента;

15 – цех упа ковки цемента в мешки и загрузки в вагоны и автоцементовозы Ранее на других цементных заводах подача цемента в силосы осу ществлялась при помощи дисковых или турбинных насосов, что снижало производительность труда и повышало стоимость этого процесса. Из сило сов, по мере надобности, цемент поступает в упаковочный цех, где упако вывается в бумажные мешки или грузится в вагоны или цементовозы (ав томобили).

Совершенствование данной схемы выполнено в направлении изме нения технологии подачи цемента из шаровой мельницы в силосы с тем, чтобы обеспечить хранение его перед отгрузкой потребителю в практиче ски бескислородной инертной среде, заключенной в рыхлой массе цемен та, например, в атмосферном азоте.

Основываясь на этих резуль татах были разработаны рекоменда ции по повышению прочностных характеристик бетонной крепи в вертикальных стволах.

В настоящее время при строи тельстве стволов широко применя ется следующая схема подачи бе тонной смеси за опалубку (рис.3).

Монтируют бетонопровод из стан дартных труб, изготовленных из углеродистых сталей с внутренним диаметром 150 мм и толщиной сте нок 6…10 мм. Верхняя часть бето нопровода соединяется с бетоно смесителем или с приемным бунке ром. К нижней части крепится гаси тель скорости, предназначенный для уменьшения скорости движе ния бетонной смеси уже при выхо де из бетонопровода, после которо го смесь через гибкий бетонопро вод поступает за опалубку. В последнее время при использова нии передвижных секционных опалубок гасители скорости стали устанавливать прямо на опалубке в приемном кармане. Бетонная смесь проходит по бетонопроводу, по телескопическому трубопроводу в приемные карманы опалубки. Во Рис. 3. Схема подачи бетонной избежание истирания кармана и для смеси за опалубку:

предохранения опалубки от повре 1 – бетонопровод;

2 – телеско ждения при падении бетонной пическая труба;

3 – карман (ло ток);

4 – опалубка смеси на дне карманов опалубки устанавливаются специальные вкладыши – броневые плиты. Такие вкладыши периодически, по мере из нашивания, заменяются новыми. Вкладыши представляют собой металли ческие плиты толщиной 20…40 мм, шириной по размеру кармана опалуб ки.

Идея повышения бетонозатворительной эффективности песка и осо бенно щебня заключается в том, чтоб перед попаданием бетонной смеси за опалубку «сдирать» с их поверхности окисную пленку и тем самым не только «вскрывать» ещё не «погибшие» короткоживущие центры, но и ге нерировать новые. Для этого рекомендуется бронированным вкладышам придать такую форму, чтобы при движении по ним щебня и песка интен сифицировались упомянутые процессы на их поверхности непосредствен но перед формированием бетонной крепи.

Предел прочности на сжатие Gсж, МПа 0 20 40 60 80 100 Время, сут Убедительным подтверждением эффективности данной рекоменда При хранении на воздухе При истирании цемента При истирании песка При истирании щебня ции служат исследования, приведенные на рис.4.

Рис.4. Изменения прочности бетона с возрастанием времени хранения исходных компонентов на открытом воздухе с различным состоянием их поверхности Работа будет продолжена в направлении установления долевого вклада химической активности каждого из наполнителей на прочностные характеристики бетона, а также влияния КЖЦ на адгезионные свойства бе тонной крепи.

Литература 1. Сытник Н.И. Высокопрочные бетоны. — Киев: “Будівельник”, 1967.

– 100 с.

2. Шевцов Н.Р., Борщевский С.В. Оценка влияния времени и условий хранения компонентов на прочность получаемого бетона // Изв. горного института, 2003. — № 1. — С. 29–30.

3. Шевцов Н.Р., Борщевский С.В., Антоневич Ю.И., Бабичев В.А., Но виков С.А. Влияние реологических характеристик заполнителей на полу чение сверхпрочной бетонной крепи.// Наукові праці ДонНТУ. Серія:

«Гірничо-геологічна». Випуск 72. – Донецьк, ДонНТУ, 2004. – С.97-102.

4. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических про цессов. — Новосибирск: Наука, 1979. — 256 с.

УДК. 622. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ М.В. Прокопова, Р.В. Харитонов ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты Перечислены причины изменения напряженно-деформи рованного состояния крепи вертикальных стволов.

В течение многих десятилетий различными научными организация ми на шахтах и рудниках РФ проводились исследования состояния верти кальных шахтных стволов, условий нагружения и работы их крепи. Был получен вывод о том, что условия поддержания стволов в скальных поро дах на шахтах Донецкого, Кузнецкого, Печорского бассейнов и ряда дру гих в целом благоприятны. Тем не менее, примерно 10% стволов в среднем имеют нарушения крепи, армировки.

Нарушения крепи стволов происходят в местах влияния на них очи стных и других работ, в зонах тектонических нарушений и повышенной трещиноватости пород, в условиях высоких напряжений в массиве горных пород. Нередки разрушения крепи по причине влияния подземных вод, в частности в напорных горизонтах, а также вследствие физической и хими ческой коррозии бетона, некачественном ее возведении, повреждении взрывными работами при совмещенной схеме проходки и др. На отдель ных шахтах и даже в ряде районов нарушения крепи под воздействием не которых из указанных факторов происходили в 50-80% стволов. В глубо ких стволах высокий процент нарушенности имел место под влиянием опорного давления при оконтуривании околоствольных целиков. Дефор мировалась и армировка. Поэтому изучению воздействия указанных фак торов уделялось основное внимание исследователей.

По данным измерений характерной особенностью распределения на грузок на крепь ствола является существенная неравномерность их распре деления, учет которой стал одним из основных требований к проектирова нию и расчету крепи. Другое важное положение о зависимости величин нагрузки на крепь от времени, места возведения и вступления её в работу, существенно возрастающей в условиях повышенных напряжений в масси ве горных пород. Основная рекомендация здесь - отставание возведения крепи от забоя. Этот прием позволил на сверхглубоких рудниках Южной Африки, например, избежать воздействия деформаций упругого восста новления пород за счет отставания крепления от забоя на 18-20 м и под держивать стволы на глубинах до 3000 м бетонной крепью толщиной 280 380 мм. Исследовалось и влияние на прочность и устойчивость крепи стволов и скважин, искажения её формы и переменной толщины. В частно сти, это вытекает из работ по скважинам Ю.А. Песляка и К.В. Руппенейта, Т.Е. Еременко, А.А. Гайворонского и др. При этом изыскания проводились по стволам - В.Ф. Дробышева, Г.А. Иевлева, Д.В. Фисунова, О.Г. Быковой и др. При этом изыскания проводились как в условиях равномерной, так и не равномерной внешней нагрузки. Выявлены весьма значительные отклонения в массовом порядке в стволах контура пород вчерне от кругового вследствие недоборов и переборов породы. Эти отклонения достигают десятков санти метров, а при вывалах до 1,5 и более метров. В результате крепь по перимет ру имеет существенно разную толщину. В местах малых её толщин возникает концентрация напряжений.

Степень надежности работы крепи и армировки во всех условиях за висит от полноты учета всего комплекса факторов в совокупности, основ ными из которых являются физические свойства массива горных пород и процессы, определяющие его состояние, нагружения крепи и деформаций армировки, физико-химические воздействия на крепь и армировку, техноло гические факторы, параметры и режим работы подъема, полнота и достовер ность исходных данных, правильность оценки предельных состояний. Основ ные результаты исследований, положения, требования и разработанные мето дики расчета нашли достаточно полное отражение в публикациях.

Существенное влияние на напряженно-деформированное состояние крепи и работу армировки оказывают характерные величины отклонений стенок крепи по положению и форме в свету, возникающие по технологи ческим причинам, в частности вследствие погрешности вынесения проекта в натуру (задании отвесного направления при проходке и маркшейдерские контрольные измерения). Значения отклонений стенок крепи стволов по положению и форме в свету необходимо учитывать при проектировании вертикальных шахтных стволов для сохранения прочности крепи и соблю дения зазоров безопасности.

Для обеспечения надежной работы крепи и армировки вертикальных стволов продолжается изучение маркшейдерских материалов и состояния крепи и армировки стволов, а также осуществляется их статистический и вероятностный анализ. Следующим этапом в изучении распределения на пряжений в бетонной (железобетонной) крепи ствола является рассмотре ние совместного влияния нескольких, наиболее часто встречающихся и не гативно сказывающихся на устойчивости крепи факторов. Следует заме тить, что однозначно говорить о степени влияния каких-либо факторов на устойчивость крепи ствола неверно, здесь нужен дифференцированный подход и изучение условий сооружения и эксплуатации этих основных вскрывающих выработок.

УДК. 622.837: 622. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД И КРЕПИ СОПРЯЖЕНИЙ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ М.С. Плешко, Д.В. Крошнев ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты Рассмотрены виды деформаций крепи сопряжений и приле гающих участков вертикальных стволов. Проанализированы ос новные причины деформаций. Представлены наиболее перспек тивные способы повышения работоспособности крепи сопряже ний. Поставлена задача дальнейших исследований в области ме тодологии проектирования сопряжений в зависимости от тех нологии проходки.

Шахтные стволы являются важнейшими выработками горнодобы вающего предприятия, обеспечивающими непрерывную транспортировку полезного ископаемого, грузов, оборудования, материалов, спуска подъема людей. Все конструктивные элементы стволов должны обладать высокой надежностью и безотказно работать в течение всего срока экс плуатации шахты или рудника.

В то же время крепи и армировка многих стволов находятся в не удовлетворительном состоянии и требуют ремонтно-восстановительных работ, вследствие воздействия горно-геологических, гидрогеологических, технологических, климатических и других неблагоприятных факторов.

При этом в наиболее неблагоприятных условиях находятся сопряжения вертикальных стволов с горизонтальными выработками.

Согласно исследованиям [1] более 75% нарушений крепи вертикаль ных стволов в Донбассе приходится на районы сопряжений. Характерны ми видами повреждений является скалывание и отслоение крепи, трещины и заколы в крепи, вывалы крепи и пород, деформации арматурных элемен тов, изгибы расстрелов и проводников.

Распределение нарушенности сопряжений по зонам следующее: го ризонтальные участки сопряжений, примыкающие к стволу – 33% всех нарушений, участки ствола выше арок сопряжений – 26%, остальная часть – стенки стволов напротив проемов сопряжений и участков ниже почвы сопряжений. При этом форма и размеры поперечного сечения сопряжений и параметры крепи не оказывают существенного влияния на распределение нарушенности. Даже в выработках закрепленных усиленными железобетонными и металобетонными крепями наблюдались значительные разрушения крепи и большие деформации.

Проведенный анализ позволяет выделить ряд основных факторов, влияющих на распределение напряжений и деформаций в районе сопряжений:

1. Наличие слабых, неустойчивых пород и геологических наруше ний в зоне сопряжения.

2. Ведение очистных работ у границ охранных целиков.

3. Наличие близко расположенных приствольных выработок и дру гих сопряжений.

4. Агрессивное воздействие среды.

5. Неудовлетворительное качество крепи, неправильное ведение бу ровзрывных работ.

Согласно [1,2,3] первые три фактора вносят наиболее значительный вклад в общую динамику процесса изменения напряженно-деформирован ного состояния сопряжений с течением времени.

Интенсивность деформационных процессов в зоне сопряжений наи более высока на участках, сложенных разномощными разнопрочными по родами, с залеганием слабых слоев между более прочными породами. Она проявляется в послойном расчленении пород, снижении сцепления по кон тактам, развитии отрывных явлений, изгибе и оседании пород.

Подход очистных работ к границам охранных целиков приводит к росту опорного давления в зоне сопряжения, действие которого вызывает радиальные деформации сжатия в стволе и поперечные и продольные де формации сжатия в крепи свода сопряжений. Наличие близко расположен ных околоствольных выработок способствует развитию асимметрии на пряженно-деформированного состояния крепи сопряжения и примыкаю щего участка ствола.

Моделирование работы сопряжений в различных условиях [2] пока зало, что наиболее опасными являются изгибные деформации, приводящие к образованию зон растягивающих напряжений и последующему разруше нию крепи вследствие трещинообразования. При этом максимальные де формации и напряжения наблюдаются в сопряжениях на участках 1,4-1,6 м и 1,8 - 2,2 м от ствола, что согласуется с данными обследования выработок.

В целом оценку состояния сопряжений в зависимости от свойств по род и влияния очистных работ можно произвести согласно [1] по формуле:

у = ( + су ) ехр (0, 8192 k 0 0, 964 ), 0, где су – критерий устойчивости вмещающего слоя пород;

k0 – коэффициент влияния очистных работ.

Оценка состояния сопряжений дается по трехбалльной шкале: 1 балл – состояние удовлетворительное, незначительные повреждения крепи и армировки;

2 балла – повреждения средней степени тяжести, требующие усиления крепи и исправление армировки;

3 балла – повреждения тяже лые, необходимо перекрепление ствола и замена армировки. Большая часть находящихся в настоящее время в эксплуатации сопряжений отно сится ко 2 и 3 группе по приведенной классификации, несмотря на приме нение усиленных крепей.

На основании выше сказанного становится очевидным, что при проек тировании крепи сопряжений и прилегающей зоны ствола необходимо разра батывать и принимать специальные меры, обеспечивающие их безремонтную эксплуатацию в сложных условиях. К таким мерам можно отнести:

- оставление предохранительных целиков достаточных размеров, исключающих влияние очистных работ;

- управление околоствольным массивом пород;

- применение рациональных видов крепи, конструктивных мер за щиты крепи и армировки;

- выбор рациональных форм сопряжений стволов.

На рис.1 представлены наиболее перспективные конструктивные и технологические приемы повышения работоспособности крепи сопряже ний и прилегающих участков стволов.

Одним из способов обеспечения устойчивости сопряжений в слож ных горно-геологических условиях является применение двухслойной крепи из внутреннего жесткого слоя и внешнего податливого (рис. 1,а). В качестве податливой крепи могут использоваться шлакоблоки или порис тые бетонные блоки, стекловолокнистые маты и т.п. Также предлагается в зонах интенсивных деформаций устанавливать податливый слой из гид равлических баллонов [1].

С целью исключения взаимного влияния конструктивных участков сопряжения с различной интенсивностью деформаций целесообразна уста новка компенсирующих деформационных швов (рис. 1,б). Различают верхний и нижний горизонтальные деформационные швы, устанавливае мые над верхним опорным венцом и под нижним опорным венцом, и вер тикальный деформационный (отсекающий) шов, размещаемый в месте примыкания сопряжения к стволу. Наиболее полные рекомендации по ме сторасположению деформационных швов, их размерам и конструкциям в зависимости от горно-геологических условий приведены в [2].

Упрочнение вмещающих пород сопряжений стволов и примыкаю щих к ним участков (рис. 1,в) находит все большее распространение. Раз работаны и применяются различные конструкции анкерных крепей, в том числе опережающих, устанавливаемых из ствола по сечению сопряжения.

Эффективным считается предварительный тампонаж массива путем нагне тания различных быстротвердеющих растворов в пробуренные шпуры.

а) б) в) Рис. 1 Способы повышения работоспособности крепи сопряжений вертикальных стволов 1 – основная несущая крепь;

2 – податливая крепь;

3 – деформационный шов;

4 – анкерная упрочняющая крепь;

5 – зона упрочнения пород Перечисленные меры при их правильном выборе и реализации в за висимости от условий строительства позволяют существенно повысить ра ботоспособность крепи сопряжений, однако в тоже время требуют допол нительных затрат. В этой связи более эффективным направлением пред ставляется управление породным массивом во время проходки ствола и примыкающих выработок.

Например, при последовательной схеме рассечки сопряжений пере рыв между проходкой ствола на данной отметке и началом работ по строи тельству приствольной выработки может составлять десятки месяцев. За этот период напряженно-деформированное состояние вмещающего масси ва пород может существенно измениться, что может как благоприятно, так и негативно повлиять на последующую эксплуатацию пройденного в де формировавшихся породах сопряжения. В настоящее время, учитывая не разработанность этих вопросов, авторами проводятся исследования по ме тодическому обоснованию расчетных методов проектирования крепи со пряжений, сооружаемых в пройденных стволах, а также разрабатываются технологические и конструктивные меры по эффективному управлению породным массивом.

Литература 1. Южанин И.А., Дрибан В.А. Охрана и поддержание сопряжений вертикальных стволов с горизонтальными выработками. // Уголь украины.

– 1988. №6. С. 43 – 44.

2. Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комби нированных способов крепления вертикальных стволов в структурно не однородных породах: Автореф. дисс… д-ра техн. наук. – Днепропетровск.

1999. – 36 с.

3. Цейтлин Г.М., Маргулис Е.Г. Новые конструкции и методика расчета сопряжений шахтных стволов. // Шахтное строительство. – 1986. – №6. – С. 6 – 8.

4. Заславский Ю.З. Крепление вертикальных шахтных стволов// Уголь Украины. – 1985. – №5. – С. 42 – 43.

УДК. 622.256. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБЛЕГЧЕННЫХ ТИПОВ КРЕПИ НА ПРИМЕРЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА «СЕВЕРО-ВОСТОЧНЫЙ»

РУДНИКА «ДАРАСУНСКИЙ»

М.С. Плешко ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ) Кратко рассмотрены существующие виды облегченных крепей вертикальных стволов. Приведены основные данные по стволу «Северо-восточный» рудника «Дарасунский». Представле ны параметры организации проходки ствола с двумя вариантами крепления, результаты анализа технико-экономической эффектив ности применения комбинированной облегченной крепи.

Одним из направлений повышения технико-экономической эффек тивности строительства вертикальных стволов считается широкое приме нение облегченных типов крепи, к которым относят анкерную и набрызг бетонную. Их основными достоинствами является уменьшение проходче ского сечения ствола по сравнению с другими типами крепи, использова ние несущей способности массива, снижение материалоемкости и трудо емкости крепления.

Анкера, как элемент упрочнения массива, применяются в сочетании с другими видами крепи, набрызг-бетонная крепь в породах I и II катего рии устойчивости может использоваться как самостоятельная крепь или вместе с анкерами.

Крепление вертикальных стволов в нашей стране даже в крепких ус тойчивых породах в большинстве случаев производилось монолитным бе тоном, поэтому конкретных данных о степени эффективности облегчен ных видов крепи недостаточно. В этой связи несомненный интерес пред ставляет проведение технико-экономического сравнения различных вари антов крепления ствола в определенных условиях.

В настоящее время сотрудниками кафедры «Подземное, промыш ленное, гражданское строительство и строительные материалы» под руко водством д.т.н., проф. Ф.И. Ягодкина ведутся работы по разработке проек та строительства вертикального ствола «Северо-восточный» рудника «Да расунский». Ствол имеет диаметр в свету 6,0 м и глубину с зумпфом 1025 м. На сегодняшний день пройдено 300 м выработки. Углубка соста вит 725 м, с проходкой пяти двухсторонних и трех односторонних сопря жений [1].

Вмещающие породы участка ствола от 300 до 1025 м представлены гранитами, кварцевыми диоритами и гракодиоритами крепостью f=16- по шкале проф. М.М. Протодъяконова и относятся к первой категории ус тойчивости по классификации СНиП II-94-80 «Подземные горные выра ботки».

На основании проведенного анализа горно-геологических условий и расчета параметров крепи для дальнейшего рассмотрения были приняты два варианта крепления:

1) монолитная бетонная крепь толщиной 250 мм;

2) комбинированная крепь из набрызг-бетона толщиной 100 мм и железобетонных анкеров длиной 1,5 м с металлической сеткой (плотность установки штанг 0,6 шт/м2).

С целью технико-экономического сравнения были определены пара метры организации работ при 1 и 2 вариантах крепления в соответствии со следующими основными положениями:

1 вариант крепления. Работы ведутся по совмещенной технологи ческой схеме комплексом проходческого оборудования КС-2у, включаю щего погрузочную машину КС-2у/40, бурильную установку БУКС-1у4, пе редвижную секционную опалубку. Глубина бурения шпуров составляет 4,5 м, подвигание забоя за цикл 3,6 м (КИШ – 0,8), подача бетонной смеси в ствол осуществляется по одному бетонопроводу.

2 вариант крепления. Работы ведутся по параллельной технологи ческой схеме комплексом проходческого оборудования КС-2у, включаю щего погрузочную машину КС-2у/40, бурильную установку БУКС-1у4.

Глубина бурения шпуров и подвигание забоя за цикл аналогичные 1 вари анту. Возведение набрызг-бетонной крепи осуществляется с проходческо го полка с отставанием от забоя до 15 м, доставка сухой смеси в ствол про изводится контейнерами. Анкерная крепь с металлической сеткой возво дится вслед за подвиганием забоя с бурением шпуров под анкера ручными перфораторами и выполняет функцию временной крепи.

Основные расчетные показатели проходки ствола по 1 и 2 вариантам крепления представлены в табл. 1, графики организации работ на рис.1 и 2.

Таблица Технико-экономическое сравнение 1 и 2 вариантов проходки вертикального ствола «Северо-восточный»

Наименование показателя 1 вариант 2 вариант 1. Объемы работ на цикл:

–бурение шпуров, шп.м 270 –уборка породы, м 120 –возведение монолитной бетонной крепи, м 18 –возведение набрызг-бетонной крепи, м - –установка анкеров, шт - –монтаж металлической сетки, м - 2. Трудоемкость работ цикла, чел.ч. 191,34 271, 3. Продолжительность цикла, ч 24 4. Расчетная скорость проходки, м/мес. 81 5. Явочная численность звена проходчиков, 7 чел Анализ полученных данных показывает, что замена монолитной бетон ной крепи на набрызг-бетонную позволяет уменьшить объем работ по бу рению шпуров на 13,3 %, уборки породы - на 9,2%. В тоже время суммар ная трудоемкость цикла при 2 варианте крепления выше в 1,42 раза. Также, несмотря на одновременное ведение работ по возведению набрызг бетонной крепи и уборке породы, продолжительность цикла увеличива ется на 6 ч, а скорость проходки снижается на 16 м/мес. по сравнению с 1 вариантом.

Основной причиной низких технико-экономических показателей 2 вари анта крепления является очень высокая трудоемкость работ по бурению шпуров под анкера в крепких породах. Эти работы не совмещается с дру гими процессами проходческого цикла, ведутся с применением тяжелого ручного труда и составляют около 24% суммарной продолжительно сти цикла.

Рис. 1. График организации работ при 1 варианте крепления Рис. 2. График организации работ при 2 варианте крепления Еще одним проблемным аспектом использования постоянной на брызг-бетонной крепи является последующий монтаж расстрелов жесткой армировки. Разделка лунок в породах крепостью по шкале профессора М.М. Протодьяконова выше 15 отбойными молотками или бурильными станками практически невозможна, что приводит к необходимости приме нения взрывных работ. Способ крепления расстрелов на анкерах из-за больших отклонений стенок ствола от проектного положения возможен только при применении расстрелов составной конструкции или балок ин дивидуальной длины для каждого яруса. Это влечет за собой дополнитель ные материальные затраты.

Также следует отметить, что набрызг-бетонная крепь имеет более высокое аэродинамическое сопротивление, чем монолитная бетонная.

В целом проведенное технико-экономическое сравнение выявило не эффективность применения в вертикальных стволах с жесткой армировкой, сооружаемых в крепких породах, комбинированных облегченных крепей при существующем уровне механизации работ и подходах к проектированию.

Для повышения технико-экономической эффективности комбиниро ванного крепления стволов необходимо предусмотреть возможность меха низации работ по бурению шпуров анкерной крепи, разработать схемы же сткой армировки с минимальным числом узлов крепления расстрелов к стенкам ствола, а также схемы с гибкой и комбинированной армировкой, позволяющие не увеличивать проектное сечение ствола.

Литература 1. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А., Нечаенко В.И. Тех нология строительства вертикальных стволов. – М.: Недра, 1997. – 456 с.

УДК 622.258. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ РЕМОНТОПРИГОДНОЙ КОНСТРУКЦИИ УЗЛА КРЕПЛЕНИЯ РАССТРЕЛА К СТЕНКЕ СТВОЛА С.Г. Страданченко, Р.О. Саакян ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ) Произведен сравнительный технико-экономический анализ армирования стволов с использованием известных узлов анкерно го крепления расстрелов и применением разработанных ремон топригодных податливых конструкций. Рассчитан ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенной конструкции в условиях главного ствола шахты им. Чиха.

При выборе той или иной схемы установки и замены несущих эле ментов армировки, важно иметь методику экспресс-оценки различных ва риантов, позволяющую принять решение на первоначальной стадии проек тирования с последующим детальным экономическим обоснованием.

Одним из важнейших экономических показателей при проекти ровании жестких армировок является ее металлоемкость. На данный мо мент крепление расстрельных балок к стенке вертикального ствола анке рами является наиболее перспективным, по этой причине армирование с заделкой концов расстрельной балки в лунках бетонированием не рассмат ривается. На первоначальном этапе для оценки экономической эффектив ности принятых решений определим первоначальную металлоемкость наиболее применяемых типовых схем армировки [1] по базовому варианту с конструкцией узла крепления [2] и предлагаемой авторами конструкцией [3]. Технико-экономические показатели армирования клетевых стволов по указанным вариантам приведены в табл. 1, скиповых стволов – в табл. 2.

Несмотря на то, что при первоначальном армировании металлоем кость увеличилась, но с учетом замены, как единичного расстрела, так и армировки в целом получается положительный экономический эффект, свя занный не только с экономией металла, но и сокращением сроков проведения работ, что положительно сказывается на работе горнодобывающего предпри ятия в целом.


В числе факторов, влияющих на эффективность работ по замене не сущих элементов жесткой армировки вертикальных стволов, основными являются временные и стоимостные параметры применяемых технологий.

И те, и другие тесно увязаны со схемой армировки, а также применяемым оборудованием и способом крепления расстрельных балок к стенке верти кального ствола, в свою очередь влияющим на общую стоимость работ.

Рекомендации по проектированию армировки, предлагаемые в данной ра боте, направлены на повышение надежности и ремонтопригодности жест кой армировки ствола, на безремонтную эксплуатацию подъемного ком плекса, что обеспечит бесперебойную работу всего горнодобывающего предприятия.

Таблица Технико-экономические показатели армировок клетевых стволов В результате внедрения Базовый вариант предлагаемой конструкции № Металлое Трудоем- Стоимость Трудоем- Стоимость Металлоем мкость т/м кость монтажа кость монтажа кость т/м руб./м руб./м чел·ч/м чел·ч/м 1 2 3 4 5 6 0,358 5,49 14,21 0,364 5,51 14, К 0,716 14,83 35,53 0,702 9,58 28, 0,487 8,46 21,90 0,494 8,49 21, К 0,974 21,15 54,75 0,961 16,11 43, 0,742 14,32 37,07 0,752 14,41 38, К3 1,484 35,80 87,68 1,465 27,32 73, 0,689 11,82 33,49 0,702 11,97 33, К 1,378 29,55 79,73 1,351 22,75 65, 1 2 3 4 5 6 0,792 14,28 36,96 0,805 14,33 37, К 1,584 35,69 88,39 1,577 27,24 72, 0.398 7.07 18.30 0,406 7.18 18. К 0,796 17,68 45,75 0,779 13,79 35, 0,375 6,03 15,63 0,382 6,15 15, К 0,750 15,08 39,08 0,738 11,82 30, Примечание. В числителе приведены показатели при армировании.

В знаменателе – суммарные затраты на армирование и ремонт.

Таблица Технико-экономические показатели типовых армировок скиповых стволов В результате внедрения Базовый вариант предлагаемой конструкции № Металлое Трудоем- Стоимость Трудоем- Стоимость Металлоем мкость т/м кость монтажа кость, монтажа, кость, т/м руб./м руб./м чел·ч/м чел·ч/м 0,523 8,90 23,06 0,535 8,99 23, С 1,046 22,25 57,65 1,024 15,97 45, 0,716 11,21 29,03 0,726 11,33 29, С 1,432 28,03 68,58 1,413 21,86 56, 0,734 12,76 33,05 0,747 12,99 33, С 1,468 31,89 79,63 1,442 23,91 64, Примечание. В числителе приведены показатели при армировании.

В знаменателе – суммарные затраты на армирование и ремонт.

Сопоставление затрат по базовому (проектирование типовых конст рукций с креплением анкерами) и альтернативному варианту (проектиро вание армировки с использованием предлагаемого ремонтопригодного уз ла [3]) производилось, исходя из прогнозируемых затрат на поддержание армировки ствола в рабочем состоянии в период эксплуатации (т.е. с уче том переармирования и текущего ремонта). Для оценки затрат на поддер жание были приняты данные ВНИИОМШСа [4], согласно которым стои мость ремонта вертикальных стволов составляет от 20 до 37% от стоимо сти их проходки (без учета потерь, связанных с простоем горнодобываю щего предприятия), в том числе на глубинах более 500 м требует ремонта около 30 % армировки, что осложняет эксплуатацию и безопасность рабо ты ствола. Кроме того, работы по ремонту армировки ствола требуют зна чительного снижения производительности подъема или даже его полной остановки, что отрицательно сказывается на производственной мощности всего горного предприятия.

Исходя из вышесказанного, экономическая эффективность от вне дрения универсального ремонтопригодного узла крепления расстрелов к стенке вертикального ствола достигается не только от снижения затрат по замене расстрелов за счет экономии металла, но и за счет сокращения вре мени проведения работ.

Для оценки экономической эффективности, полученной от внедре ния предлагаемой конструкции ремонтопригодного универсального узла крепления расстрела, произведем расчет стоимости выполняемых работ по существующей технологии при креплении расстрелов на анкерах, с ис пользованием конструкции узла [2] и при помощи предлагаемой конструк ции [3]. Сравнение вариантов производится для главного ствола шахты им. М.П. Чиха (рис. 1), производительность которой составляет 1300 тыс. т/год, оборудованного тремя скипами (два угольных и один по родный с противовесом). Глубина ствола 666 м, диаметр в свету – 6 м, ствол закреплен монолитным железобетоном, а на участке, пройденном по плывуну – металлическими тюбингами. Армировка ствола жесткая, много расстрельная, шаг армировки 4,168 м, расстрелы выполнены из двутавро вых балок №27, а проводники из коробчатого профиля 200 200 мм.

Рис. 1. Сечение главного ствола шахты им. М.П.Чиха Ствол оборудован двумя подъемами:

– двухскиповой угольный подъем суточной производительностью 5000 т угля, оборудованный подъемными сосудами (скипами с неподвиж ным кузовом) типа СН 15–223–1.1 грузоподъемностью 19 т, подвешенны ми на канате диаметром d = 63 мм. Применяемая подъемная машина – БЦК-8/52.7.

– односкиповой породный подъем с противовесом суточной произ водительностью 1250 т породы, оборудованный подъемным сосудом (ски пом с секторным затвором) грузоподъемностью 10,8 т. Применяемая подъ емная машина – ЦР–63.4/0.6.

Экономический эффект, получаемый от внедрения предлагаемой конструкции и технологии на ее основе, из расчета на 1 м ствола по срав нению с существующей технологией, за счет снижения капитальных затрат по замене жесткой армировки, и за счет экономии металла определяется по Э = Эк + Э м формуле: (1) Э = 149,3 + 75,12 = 224,42 руб/м, где Эк – экономический эффект от снижения затрат по замене жесткой армировки с учетом потерь от вынужденного простоя предприятия и соот ветствующего снижения добычи;

Эк = С б С н (2) Эк = 973,14 823,84 = 149,3 руб/м, здесь Сб, Сн – соответственно стоимость работ по замене армировки по базовому и новому варианту с учетом потерь от вынужденного простоя предприятия и снижения добычи Сб = 973,14 руб/м, Сн = 823,84 руб/м, Эм – экономический эффект от экономии металла Эм = 75,12 руб/м.

Э м = Эб.в. Эн.в. (3) Э м = 1089,79 1014,67 = 75,12 руб/м.

здесь Эб.в., Эн.в. – соответственно стоимость металла при переармировании 1 м ствола по базовому и новому варианту Эб.в. = 1089,79 руб/м, Эн.в. = 1014,67 руб/м.

Общий ожидаемый экономический эффект от внедрения новой кон струкции узла крепления расстрела к стенке ствола в условиях главного ствола ш. им. М.П. Чиха составит 149484,72 руб.

Экономический эффект для условий конкретного горнодобывающего предприятия будет различен, так как зависит от большого количества фак торов: назначения ствола, схемы армировки, типа подъемного сосуда, про изводительности подъемного комплекса и т.д.

Все расчеты выполнены в ценах базисного 1991 г и поправочный ин декс по отношению к ценам 2005 года составит 27,395.

Проведенный технико-экономический анализ разработанных схем армировки и технологии армирования показывает, что использование предлагаемых технических решений позволяет снизить металлоемкость при армировании и переармировании на 1,3–2,2 %, трудоемкость переар мирования на 22,01 – 35,42 %.

Литература 1. Единые унифицированные технологические схемы и конструктив ные решения центральных и фланговых стволов с жесткой армировкой. Харьков, Южгипрошахт, 1985.

2. А.с. 1710764 СССР, Е21D7/00. Расстрел шахтного ствола / Ф.И.

Ягодкин, В.В. Комаров, Г.О. Вестфаль, В.К. Стеблина – 4816758/03;

Заяв лено 18.04.90;

Опубл. 07.02.92 Бюл. №5. – 2 с.

3. Патент 2247246 РФ, М. С1 Е 21 D 5/12. Ремонтопригодный подат ливый узел крепления расстрела/ А.Ю. Прокопов, Р.О. Саакян, П.А. Пав линов – 2003133050/03;

Заявл.11.11.2003;

Опубл. 27.02.2005. Бюл. №6. –7с.

4. Пособие по восстановлению крепи и армировки вертикальных стволов РД 12.18.073-88. – Харьков: ВНИИОМШС, 1989.

УДК 622.258. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖЕСТКОЙ КОНСОЛЬНО-РАСПОРНОЙ АРМИРОВКИ СТВОЛОВ С ОПОРАМИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТЯХ А.Ю. Прокопов, М.А. Мирошниченко ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты Проведены результаты анализа работы консольно распорной армировки вертикального ствола с различной интен сивностью подъема. Предложена новая конструкция консольно распорной армировки с опорой в вертикальной плоскости. Про изведена оценка ее работоспособности на конечно-элементных моделях.

Одним из главных путей совершенствования армировок вертикаль ных шахтных стволов является полная или частичная замена расстрелов консольными, консольно-распорными или блочными конструкциями.

Применение таких конструкций позволяет максимально освободить полез ную площадь сечения ствола, увеличить прочность и жесткость армиров ки, уменьшить аэродинамическое сопротивление ствола.

Конструктивно регулируемые консольные расстрелы представляют собой металлические балки, состоящие из двух отрезков двутаврового или коробчатого профиля. Один из отрезков имеет на конце приваренную опорную плиту с отверстиями под штанги анкеров и жестко крепится ан керами к бетонной крепи ствола [1].

Целесообразность применения консольных расстрелов подтверждает ся сравнительным анализом возможных технических параметров конст рукций армировок с обычными и консольными расстрелами в стволе диа метром 5,5 м, оборудованном неопрокидными угольными скипами рамной конструкции вместимостью 15 м3 (полная концевая нагрузка 31800 кг). Ус тановлено, что использование консольных расстрелов не ухудшает дина мических свойств системы «сосуд – армировка» и позволяет сосудам дви гаться в стволе со скоростями не ниже, а при определенном сочетании па раметров даже выше, чем с обычно применяемыми расстрелами.

Исследования показывают, что конструкции армировок с консоль ными расстрелами могут обеспечить нормальную работу подъемов с ин тенсивностью подъема mV2 2108 Дж [2].

Вместе с тем, за время эксплуатации консольных конструкций арми ровки стволов было установлено, что при значительных длинах консоли и высоких горизонтальных динамических нагрузках, возникающих при дви жении подъемного сосуда, наблюдается расшатывание консолей с образо ванием трещин и вывалов в местах их заделки.


В связи с этим возникла необходимость совершенствования как спо соба крепления консолей, так и их конструкций с целью надежного вос приятия ими боковых горизонтальных нагрузок. Одним из целесообразных направлений в этом плане является консольно-распорная схема армировки, в которой динамические нагрузки передаются не только на консоль, но и на жестко прикрепленную к ней балку. Такая конструкция расстрела рабо тает преимущественно на растяжение – сжатие, что обеспечивает высокие жесткости при минимальной металлоемкости.

На примере типовой схемы армировки вертикального ствола С-3б, разработанной институтом Южгипрошахт [3], с помощью программно вычислительного комплекса (ПВК) «Лира-Wndows 9.0» были построены конечно-элементные модели с плоской (горизонтальной) конструкцией яруса консольно-распорной армировки и блочной конструкцией, вклю чающей консоль и распоры в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 1). Каждая модель представляет собой стержневую систему из консо лей, проводников, анкеров, а также включает пластины, моделирующие опорные плиты. При построении модели и определении эксплуатационных нагрузок на нее были приняты следующие исходные данные: диаметр ствола в свету – 8,0 м;

масса груженого сосуда –37,6 т;

скорость подъема варьировалась от 12 до 18 м/с;

шаг армировки – 6 м;

длина консоли –1,732 м.

Предварительный выбор профилей армировки производился соглас но методике [4]. Для консольного расстрела необходимый момент инерции Jpz сечения расстрела принимается равным одному из двух значений, оп ределяемых по формуле Jpz = l3k Cpx(y) / 3E, (1) где lk – плечо силы, действующей на консольный расстрел, равное для коробчатых проводников lk = lp +2H/3, м, здесь lp – длина консольного расстрела от крепи ствола до подошвы про водника, м;

Н – высота профиля проводника, м.

Срх(у) – жесткости расстрела относительно осей ОХ и ОУ;

E – модуль упругости стали, Па.

По величине необходимого момента инерции Jpz принимались про филь и тип консольного расстрела.

Расчет на горизонтальные динамические нагрузки, возникающие при взаимодействии движущегося подъемного сосуда с проводниками жесткой армировки, проводятся с целью проверки на прочность элементов арми ровки и кинематическую связь жестких рабочих или предохранительных направляющих сосуда с проводниками.

Горизонтальные силы, действующие на проводник в лобовом (боко вом) направлении, рассчитываем по формуле 15 х ( y ) К 2 mV р Qл(б ) = n л(б ) l где x, y – зазоры на сторону между рабочими или предохранительными направляющими скольжения и проводником, x = y = 0,01 м [4, с. 51] Кр – коэффициент влияния типа рабочих направляющих подъемного сосуда, Кр = 0,85 при упругих роликовых направляющих;

mV2 – интенсивность подъема, Дж;

m и V – соответственно масса, кг, и скорость, м/с, груженого подъемного сосуда;

l – шаг армировки, м;

nл(б) – коэффициент, определяемый по [4] в зависимости от значений эксцентриситета центра масс груженого сосуда, относительного искривле ния проводников (/ = 0,25) и логарифма лобовой (боковой) жесткости про водников.

Рис. 1. Конечно-элементная модель консольно-распорной армировки с опорами в горизонтальной и вертикальной плоскостях:

1 – анкер;

2 – опорная плита;

3 – консоль;

4 – опора в вертикальной плоскости;

5 – опора в горизонтальной плоскости;

6 – проводник Каждая модель загружалась величинами лобовой и боковой сил, рас считанными для различных скоростей движения скипов и, соответственно, различных значений интенсивности подъема. По найденным с помощью ПВК «Лира-Wndows 9.0» максимальным изгибающим моментам в консо лях были рассчитаны действующие напряжения в лобовой и боковой плос костях л(б), и проверялось выполнение условия прочности элементов ар мировки:

л(б) [и], где [и] – допустимое напряжение проводника на изгиб для коробчатых проводников, принимаем равным [и] = 350 МПа – для сталей 10ХСНД и 15ХСНД.

На рис. 2 показаны графики зависимости максимальных напряжений в консолях армировки в зависимости от интенсивности подъема по стволу при использовании плоских консольно-распорных армировок и блочных армировок с дополнительными опорами в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

, МПа mV212., МДж 5 7.5 Рис. 2. Графики зависимости максимальных напряжений в консолях из двутавра 30М от интенсивности подъема:

1 – для плоской консольно-распорной схемы;

2 – для консольно-распорной схемы с опорами в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

штрих-пунктирной линией показано допустимое напряжение Результат расчета напряжений в консолях показывает, что двутавро вые балки профиля 30 М, применяемые в плоских конструкциях консоль но-распорной армировки, при заданных интенсивности подъема и шаге армировки будут разрушаться. Применение металлопроката большего профиля влечет за собой увеличение металлоемкости конструкции арми ровки в целом, что с экономической точки зрения не целесообразно.

Для устранения этого недостатка предложена замена указанной пло ской конструкции яруса армировки пространственной с дополнительной вертикальной опорой.

Из графика (рис. 2) видно, что при тех же значениях интенсивности подъема включение в конструкцию дополнительной вертикальной опоры позволит применять рекомендуемые методикой [4] профили расстрелов жесткой армировки.

Тенденция к увеличению глубины разработки угольных и горноруд ных месторождений ведет к необходимости совершенствования конструк ций армировок шахтных вертикальных стволов. Стволы таких шахт и руд ников должны быть оборудованы высокопроизводительными подъемными установками со скипами грузоподъемностью 60 т и более, при этом скоро сти подъемов должны достигать не менее 16 – 20 м/с. Обеспечение столь высокой интенсивности подъема может быть достигнуто применением но вых схем и конструкций ярусов армировки, одной из которых является предложенная и исследованная нами конструкция консольно-распорной армировки с опорами в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Литература 1. Прокопов А.Ю. Технология армирования вертикальных стволов шахт безрасстрельными конструкциями армировки: Дисс… канд. техн. на ук. – Новочеркасск: НГТУ, 1998. – 138 с.

2. Гаркуша Н.Г., Храмов А.А. Обзор мирового опыта проектирова ния жестких армировок вертикальных стволов шахт. – М: ЦНИЭИуголь, 1982. – 52 с.

3. Типовые материалы для проектирования 401–011–87–89. Сечения и армировка вертикальных стволов с жесткими проводниками /Харьков:

Южгипрошахт, 1989.

4. Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вер тикальных стволов шахт и рудников (к СНиП II-9480)/ Под ред.

И.В. Баклашова. – М.: Недра, 1989. – 160 с.

УДК. 622.674: 539. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОХОДКИ СТВОЛА С ОДНОВРЕМЕННЫМ МОНТАЖОМ БЕЗРАССТРЕЛЬНОЙ АРМИРОВКИ М.С. Плешко, С.А. Масленников ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты Отмечены особенности вариантов крепления армировки к крепи ствола. Предложен комбинированный способ крепления безрасстрельной армировки. Рассмотрена технология проходки ствола с одновременной установкой консолей армировки. Наме чены направления дальнейших исследований.

Основными конструктивными частями вертикального ствола являет ся крепь и армировка, эффективность совместной работы которых опреде ляет надежность и долговечность эксплуатации выработки.

Из известных способов крепления расстрелов армировки наибольшее распространение получил способ заделки их в лунки бетонированием.

Вследствие некачественного ведения работ свойства бетона в месте задел ки лунок, как правило, хуже, чем у бетона крепи. Разделка и последующее бетонирование лунки приводит к возникновению в крепи вокруг расстрела дополнительных плоскостей ослабления и концентраций напряжений. Эти факторы способствуют постепенному расшатыванию расстрела в узле кре пления в процессе эксплуатации ствола и разрушению бетона в лунке.

Получивший распространение в 80-90 годы прошлого века способ крепления расстрелов на анкерах не имеет указанных недостатков, при этом наиболее перспективным вариантом крепления является установка расстрелов на анкерах выдвинутых в ствол, с образованием пространст венной консоли равнопрочной расстрелу. Такой способ крепления позво ляет исключить необходимость применения дополнительных болтовых со единений для регулирования длины расстрельной балки или использова ния расстрелов индивидуальных размеров.

В то же время исследование варианта крепления безрасстрельной армировки на выдвинутых в ствол анкерах показало, что этот способ при водит к уменьшению жесткости консолей и является неэффективным [1].

Для компенсации радиальных отклонений крепи ствола от проектного по ложения рекомендуется применять регулируемые болтовые соединения, которые увеличивают стоимость и металлоемкость конструкции. Это об стоятельство является одним из факторов, сдерживающих более широкое внедрение безрасстрельной армировки на практике, и является предпосыл кой совершенствования узлов крепления консолей к крепи ствола.

Авторами с целью повышения работоспособности безрасстрельной армировки предлагается комбинированный способ установки консолей, сочетающий крепление анкерами к породным стенкам ствола и бетониро вание в крепи одновременно с проходкой.

Работы по строительству ствола производятся по параллельной тех нологической схеме одновременно на двух горизонтах с помощью приза бойного полка-каретки 4 и вспомогательного полка 5, расстояние между которыми составляет около 40 м (рис. 1).

С полка-каретки в забое ствола ведутся работы по бурению шпуров и уборке породы. По мере проходки, одновременно с уборкой породы, из за боя ствола проходчики устанавливают временную анкерную крепь 1 с ме таллической сеткой. Также по маркшейдерским отвесам и шаблонам в за бое устанавливаются выдвинутые до 20 см в ствол анкера 3 для крепления консолей армировки 2. Расстояние между анкерами 3 по высоте равно ша гу установки консолей, при этом для крепления одной консоли устанавли вается два анкера.

Заметим, что в качестве временной крепи вместо анкеров с сеткой может быть использован набрызг-бетон.

Со вспомогательного полка 5 осуществляются работы по возведению постоянной монолитной бетонной крепи и установке консолей армировки.

Эти работы производятся одновременно с уборкой породы в забое.

Рис. 1. Схема проходки ствола Постоянная крепь возводится в направлении сверху вниз с помощью секционной опалубки 7 и опорного кольца – поддона 6. Цикл возведения крепи начинается с отрыва и опускания на новую заходку опорного коль ца. Одновременно с ним опускается и опалубка с минимальным просветом между нею и опорным кольцом.

На новой заходке опорное кольцо с помощью центрального отвеса выверяется и раскрепляется домкратами, на него укладывается пикотаж ный настил. После этого производится спуск, установка и скрепление опа лубки с опорным кольцом.

Далее возводится первое кольцо бетонной крепи 8 высотой около 1 м, после чего работы по возведению крепи останавливаются, и проход чиками осуществляется крепление консолей 2 очередного яруса армировки к установленным ранее анкерам 3.

Выполнение этих работ возможно благодаря проделанным в опалуб ке 6 специальным проемам (рис. 2). Для крепления консоли 2 к анкерам 3 к ней приварена опорная плита 9 с овальными отверстиями для регулирова ния положения консоли. Конструкция болтового соединения позволяет ре гулировать консоль в радиальном направлении и устанавливать ее с необ ходимой точностью.

Рис. 2. Конструкция опалубки После установки всех консолей яруса на каждую консоль надевается щиток 10 (рис. 3). Он плотно прижимается к опалубке 7 посредством двух балок 11, которые болтами скрепляются с ребрами жесткости опалубки. За тем приступают к возведению оставшейся части крепи заходки, при этом происходит бетонирование узлов крепления консолей установленного яруса.

Рис. 3. Конструкция защитного щитка Отрыв опалубки и перемещение ее на новую заходку происходит по сле набора бетоном необходимой прочности, во время которого осуществ ляется монтаж всех коммуникаций. Трубопроводы при этом крепятся к консолям армировки на хомутах. Для обеспечения большей точности уста новки опалубки целесообразно использовать шагающую опалубку или конструкцию с направляющими лыжами.

Монтаж проводников армировки может осуществляться одновре менно с проходкой ствола или после его проведения на полную глубину.

Предложенное комбинированное закрепление консолей позволяет повысить надежность узлов крепления армировки, исключить необходи мость работ по разделке лунок, вести проходку ствола с одновременным армированием.

В настоящее время авторами ведутся исследования по разработке типового ряда схем армировки и опалубок для стволов различных диамет ров, а также анализ напряженно-деформированного состояния армировки на этапах монтажа и эксплуатации.

Литература 1. Прокопов А.Ю. Технология армирования вертикальных стволов безрасстрельными конструкциями армировки: Дисс… канд. техн. наук – Новочеркасск. – 1998. – 221 с.

2. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А., Нечаенко В.И.

Технология строительства вертикальных стволов. – М.: Недра, 1997. – 456 с.

УДК 622.258. ВЛИЯНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ НА ЖЕСТКУЮ АРМИРОВКУ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ А.Ю. Прокопов ШИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты Исследовано повышение нагрузок на армировку при использовании высокопроизводительных подъемных установок за счет повышения аэродинамических сил от движущихся сосудов. Предложены дополнения к действующей методике, учитывающие аэродинамические усилия на армировку.

В настоящее время в связи с необходимостью интенсификации добычных работ прогнозируется увеличение скоростей подъема до 20 м/с, концевых нагрузок до 100 т, глубины и диаметра стволов. В связи с этим интенсивность подъема, а следовательно и нагрузка на армировку возрас тет в 4 – 6 раз относительно ныне действующих [1]. Кроме того, следует ожидать значительное возрастание влияния временных нагрузок, связан ных с аэродинамическими воздействиями на подъемные сосуды.

В результате прогнозируемого увеличения интенсивности скиповых подъемов в среднем от 6-10 МДж до 40 МДж и более потребуется совершенствование действующей методики расчета жесткой армировки [2,3] путем включения в расчет ряда дополнительных усилий и воздействий на армировку от действия аэродинамических сил.

1. Аэродинамическая сила Ра, действующая на подъемный сосуд в ре зультате его взаимодействия с воздушной струей. Ее величина зависит от скорости движения подъемного сосуда, скорости движения воздушной струи, расположения подъемного сосуда в стволе и др. факторов. Схема к определению горизонтальной составляющей аэродинамических сил на подъемный сосуд и армировку приведена на рис. 2.

Исследованиями [4,5] доказано, что скорость движения воздуха в промежутках между скипом и крепью ствола будет неодинаковой в от дельных частях поперечного сечения. Так как, например, правый скип (рис. 2) расположен несимметрично по отношению к оси шахтного ствола, то слева и справа от этого скипа скорости воздушного потока V2 и V1 будут различными по величине, причем V1 V2.

Давление воздуха на боковые стенки сосуда в соответствии с урав нением Бернулли составит ( ) V12 V22, p = p2 p1 = (1) 2g – удельный вес воздуха при нормальных условиях.

где Кориолисова сила, Н 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Масса сосуда, т V=5 м/с V=10 м/с V=15 м/с V=20 м/с Рис. 1. Графики зависимости кориолисовой силы инерции от массы и скорости движения скипа (для условий Российского Донбасса) V V P P Рис. 2. Схема к определению действия аэродинамических сил на подъемный сосуд в результате его взаимодействия с воздушной струей С учетом коэффициента неравномерности распределения скоростей V2 V V = 1 2 формула (1) примет вид p = 1 1.

2 g ( + 1) V2 С учетом = 0,015 – 0,017 (считая ее малой величиной) будем иметь V p=.

2g Аэродинамическая сила за счет неравномерности распределения воз душных потоков в сечении ствола, передаваемая на стенку подъемного сосуда, равна V12 V Pа = Sбок = Sбок. (2) 2g где Sбок – площадь боковой поверхности подъемного сосуда, м2.

Кроме найденной аэродинамической силы, на подъемный сосуд мо жет действовать дополнительная сила, вызванная отклонением скипа при движении от вертикального положения. В этом появляется горизонтальная составляющая аэродинамической силы от встречного движения скипа и вентиляционной струи (рис. 3).

Эта сила зависит от угла атаки вентиляционного потока, который ограничивается возможным отклонением скипа, движущегося в проводни ках, от вертикального положения.

Максимально возможное отклонение стенки сосуда от вертикали = 21 + 2 + 3, где 1 – максимальный зазор между направляющим устройством и проводником, мм (10 мм – для рельсовых, 15 мм – для коробчатых);

2 – отклонение ширины колеи от проектного положения (макс. – 24 мм);

3 – допустимое отклонение проводников на двух смежных ярусах от вер тикальной плоскости (макс. – 3 мм) Угол атаки вентиляционного потока равен 2 + 2 + а = arctg 1 h Дополнительная аэродинамическая сила на подъемный сосуд Pд = c V2 Sбок sin а., где с – коэффициент сопротивления, определяемый опытным путем в за висимости от формы тела;

для скипа, как параллелепипеда с = 0,36 [4];

– плотность воздуха, кг/м3.

h V V а Рис. 3. Схема к определению дополнительной аэродинамической силы на подъемный сосуд в результате отклонения его движения от вертикали С учетом уравнения (2) суммарная аэродинамическая сила от пере распределения воздушных потоков и отклонения движения скипа от вер тикали при наиболее неблагоприятном сочетании составит V P = Sбок (c V sin а + ).

Рассчитанные по этой формуле нагрузки в зависимости от массы и скорости скипа показаны на рис. 4.

2. Аэродинамический удар в месте встречи подъемных сосудов.

Горизонтальная составляющая силы Ра существенно (на порядок) возрастает в месте встречи подъемных сосудов (рис. 5), где возникает под пор воздуха, который стремится расширить пропускное сечение воздуш ной струи между сосудами. Затем часть воздуха проходит с повышенной скоростью между подъемным сосудами, его статическое давление падает, вследствие этого возникает толчкообразное ускорение подъемного сосуда, направленное к середине ствола и вызываемое более высоким статическим давлением воздуха в крайних сегментах сечения ствола.

Сила, Н 0 5 10 15 Скорость сосуда, м/с m=11,3 т m=20,3 т m=30 т m=60,3 т m=100 т Рис. 4. Зависимость горизонтальной аэродинамической силы на скип от его массы и скорости движения Сила, Н 0 5 10 15 Скорость сосуда, м/с m=11,3 т m=20,3 т m=30 т m=60,3 т m=100 т Рис. 5. Зависимость горизонтальной аэродинамической силы на скипы в местах их встречи от массы и скорости движения Кроме рассмотренных сил, на армировку при увеличении интенсив ности подъема, возрастут и ряд других дополнительных нагрузок:

– силы от крутящего момента, возникающего в головном канате;

– силы, возникающие от эксцентриситета загрузки подъемного сосуда;

– силы, возникающие от неточности установки проводников (удары на стыках, участках искривлений и т. п.);

– силы, действующие на проводник в вертикальной плоскости.

В настоящее время автором ведется разработка методики расчета жесткой армировки с учетом всех вышерассмотренных факторов.

Выводы 1. В связи с интенсификацией добычи углей и руд прогнозируется увеличение масс и скоростей подъемных сосудов, что вызовет многократ ное увеличение нагрузок на армировку вертикальных стволов.



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.