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 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

А.Ю. Прокопов

С.Г. Страданченко

М.С. Плешко

НОВЫЕ РЕШЕНИЯ В ПРОЕКТИРОВАНИИ

ЖЕСТКОЙ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ

СТВОЛОВ

Новочеркасск 2005

УДК 622.258.3(06)

П 78

Рецензенты: директор НТЦ «Наука и практика»

д-р техн. наук, проф. Ф.И. Ягодкин;

ген. директор ОАО «Ростовшахтострой»

д-р техн. наук, проф. П.С. Сыркин Авторы: Прокопов А.Ю. (введение, главы 1 – 3, заключение), Страданченко С.Г. (глава 5), Плешко М.С. (глава 4) П78 Новые решения в проектировании жесткой армировки верти кальных стволов/ Под общ. ред. А.Ю. Прокопова. – Ростов н/Д: Изд во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2005. – 201 с.

Произведен анализ существующих схем и конструкций жесткой армировки вертикальных стволов. Сформулированы современные требования к проектиро ванию армировки. Разработан ряд ресурсосберегающих конструкций армировки и технологий армирования вертикальных стволов. Предложены пути улучшения деформационных характеристик элементов армировки. Разработаны конструк ции и методика проектирования армировок для стволов, проходимых и эксплуа тируемых в сложных горно-геологических условиях.

Для инженерно-технических работников горнодобывающей промышлен ности и студентов горных специальностей вузов.

© Шахтинский институт ЮРГТУ, © Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г., Плешко М.С., ВВЕДЕНИЕ С конца 90-х годов XX века в России наблюдаются положительные тенденции в горнодобывающей отрасли промышленности, связанные со строительством и техническим перевооружением целого ряда угольных шахт, разрезов (в основном, в Кузбассе), подземных рудников, и соответ ствующим ростом добычи угля, руд черных и цветных металлов, а также кимберлитовых руд.

При строительстве шахт нового технического уровня большое рас пространение получила схема вскрытия шахтных полей наклонными ство лами (шахты «Шерловская-Наклонная», «Кадамовская» в Восточном Дон бассе, «Котинская», №7 АИК «Соколовская», «Ульяновская», «Беловская»

в Кузбассе, «Денисовская» в Южной Якутии и др.). Такое решение позво ляет снизить стоимость, до минимума сократить сроки строительства и окупаемости шахты, обеспечить принцип полной конвейеризации доставки угля от очистного забоя до поверхности, реализовать прогрессивные прин ципы «шахта-лава» или «шахта-пласт» и др. Однако область применения таких схем ограничивается горно-геологическими условиями, к которым следует отнести, прежде всего, углы падения и глубину залегания пластов у верхней технической границы шахтного поля.

В настоящее время, на ряде строящихся и реконструируемых угольных шахт, в силу значительной глубины залегания пластов, единственным прием лемым решением остается вскрытие шахтных полей вертикальными ствола ми (шахта «Обуховская №1» в Российском Донбассе, шахты им. Вахруше ва, «Красноармейская-Западная №1», им. А.Ф. Засядько, «Прогресс», «Краснолиманская» в Украинском Донбассе и др.).

Аналогичные решения по вскрытию принимают на подземных рудни ках, строительство которых ведется или проектируется в настоящее время (рудники «Мир», «Интернациональный», «Айхал», «Удачный» компании по добыче алмазов «Алроса» в Якутии;

«Северный», «Северный-Глубокий» и «Центральный» по добыче медно-никелевых руд Кольской ГМК;

«Башкир ский медно-серный комбинат», шахты «Северно-вентялиционная», «Скипо вая», подземный рудник «Майский» в Башкортостане, рудники Дарасун ского и Итакинского золоторудных месторождений в Читинской области, Южно-Хинганского марганцево-рудного месторождения на р. Амур и др.).

При реконструкции ряда угольных и соляных шахт в настоящее время планируется проходка новых или ремонт крепи и переармирование дейст вующих вертикальных стволов (например, шахты «Садкинская», «Аютин ская» в Российском Донбассе, шахта «Грамотеинская» в Кузбассе, шахта «Скиповая» ОАО «Илецк-соль» в Оренбургской области и др.) Не обходится без сооружения вертикальных выработок и при совре менном освоении подземного пространства (примерами строительства та ких выработок в настоящее время могут служить вертикальные стволы, проектируемые на Сахалине для линии железнодорожного перехода через Татарский пролив, вертикальные стволы комплексов гидроэлектростанций (например, Зарамагской ГЭС в Северной Осетии);

шахтные вентиляцион ные и эвакуационные стволы метрополитенов и подземных коллекторов крупных городов, автотранспортных и железнодорожных тоннелей, верти кальные шахты объектов оборонного назначения и др.). Поэтому дальней шая разработка ресурсосберегающих средств и способов проходки, креп ления и армирования вертикальных стволов является актуальной научно технической и экономической задачей.

Вертикальные стволы относятся к наиболее ответственным подзем ным сооружениям, срок службы которых соизмерим со сроком службы всего горнодобывающего предприятия или подземного объекта. В настоя щее время вертикальные стволы отечественных шахт и рудников соору жаются и эксплуатируются в самых разнообразных горно- и гидрогеологи ческих условиях, усложняющихся с увеличением глубины разработки ме сторождений полезных ископаемых.

На определение диаметра ствола, его стоимости, сроков строительст ва, а также на производительность, надежность и экономичность работы подъемных установок существенное влияние оказывает армировка. Поэто му одним из направлений снижения затрат при строительстве и реконст рукции шахтных стволов и повышения надежности подъемных комплек сов может быть оптимизация решений технологий армирования и схем ар мировки стволов.

К настоящему времени выработано множество решений схем, конст рукций, отдельных узлов армировки, технологических схем, способов и приемов армирования. Целью данной монографии является обобщение существующего отечественного и зарубежного опыта в области армирова ния, систематизация решений армировки вертикальных шахтных стволов, основанная на современных требованиях к ее проектированию, разработка новых научно-обоснованных технических и технологических решений по армированию вертикальных стволов и методических основ проектирова ния предлагаемых конструкций армировки.

Надеемся, что настоящая работа будет полезна как инженерно-техни ческим работникам шахтостроительных организаций и специалистам про ектных институтов, так и студентам горных и строительных специальностей вузов.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ 1.1. Из истории армирования вертикальных стволов Возникновение армировки вертикальных стволов относятся к концу XVIII – началу XIX вв. Развивалась и совершенствовалась армировка в прямой зависимости от конструкций крепи, вместимости подъемных сосу дов, глубины стволов и скорости движения подъемных сосудов по стволу.

В начале развития, когда глубина стволов не превышала 50-60 м, а вместимость подъемных сосудов составляла 0,1-0,3 м3 [97], подъем осуще ствлялся при помощи коловорота, приводимого в движение лошадьми, и практически не требовалось «хитрых» конструкций армировки.

В последующем – в середине XIX в., с изобретением парового двига теля, в Европе на шахте «Элизабет» в 1830 г. (Германия) была установлена паровая подъемная машина. В связи с внедрением паровых машин скоро сти движения подъемных сосудов возросли, и горные ведомства ряда ев ропейских стран стали требовать, чтобы при скорости, превышающей 1,3 м/с, подъемные сосуды двигались по принудительным направляющим вертикального движения.

Следует отметить, что, начиная с данного момента, армировка верти кальных стволов официально разделилась на канатную и жесткую. Канаты, висящие в стволе, стали использоваться в качестве направляющих пре имущественно в шахтах Великобритании. Жесткая армировка в то время представляла собой отдельные деревянные брусья. Между брусьями заво дились болты, которые крепились на подъемном сосуде и выполняли роль направляющих устройств.

В России этот период характеризуется освоением Донецкого угольно го и Криворожского рудного месторождений с уже сложившимися схема ми армировки.

Армировка во всем мире в этот период применялась в зависимости от экономических и горнотехнических условий шахты и не имела каких-либо ограничений. С увеличением скорости движения сосудов аварии на подъ емных установках (независимо от схем армировки) и случаи обрыва подъ емных канатов стали более частыми явлениями на шахтах. В связи с этим потребовалось применение парашютов, что привело к прекращению (как потом оказалось временному) применению канатной армировки из-за не возможности применения парашютов захвата для канатной армировки.

Таким образом, первый этап развития армировки, длившийся до 1940 г., характеризовался гегемонией применения жесткой армировки. На шахтах России – это деревянная армировка при деревянной крепи ствола и металлическая или смешанная (деревянные проводники и металлические рельсы) – при бетонной и каменной крепи.

С развитием подземных разработок до глубины 600-800 м с целью по вышения производительности подземных установок потребовалось увели чение скорости подъема горной массы до 10-12 м/с. Повышение скорости подъема было связано со вторым этапом развития армировки шахтных стволов (до 1970 г.), но этому предшествовала долгая и кропотливая рабо та исследователей, установивших на опытах, что из-за увеличения скоро сти подъема на ряде шахт разрушалась крепь и узлы крепления расстрелов.

Это происходило из-за передачи жесткими лапами на расстрелы зна чительной нагрузки, составлявшей до 10-12%, а иногда 16-18% от конце вой массы подъемного сосуда [44].

Ряд научных разработок по решению указанных проблем позволил дос тичь скорости подъема до 12-14 м/с, грузоподъемности сосудов – до 25-50 т с одновременным увеличением при этом глубины разработки до 800-1000 м.

Основными направлениями совершенствования армировки в тот период стали: увеличение в 5-10 раз несущей способности и жесткостных пара метров ярусов армировки в горизонтальной плоскости благодаря сокраще нию свободного пролета расстрелов, увеличению размеров профилей и их толщины, использованию в качестве проводников коробчатых профилей, увеличению глубины закрепления расстрелов в бетонной крепи до 0,5 м;

усиление узлов крепления расстрелов в бетонной крепи;

усиление узлов крепления проводников и узлов расстрелов;

использование в качестве на правляющих упругих роликов с пружинными амортизаторами;

значитель ное повышение требования к качеству монтажа элементов армировки (т.к.

их допустимые отклонение до этого составляли ±10 мм, а в отдельных случаях до ±20 мм).

Этот же период времени характеризуется изобретением и успешным применением канатных парашютов трения, что позволило с 1954-55 гг.

значительно повысить безопасность подъемов, а самое главное, стало воз можным применение канатной армировки. Однако на пути ее широкого внедрения стало другое препятствие – не было конструктивного решения закрепления проводников канатов массой 8-12 т, обладающих большой жесткостью. Этот вопрос был решен Донмпроуглемашем в 1960 г., разра ботавшим разъемный клиновой коуш. При этом скорость подъема состав ляла до 12 м/с, грузоподъемность сосудов – до 50 т, в результате доля ка натной армировки в этот период увеличилась до 17 % от общего количест ва заармированных стволов [97].

Третий этап начинается с 70-х гг. XX в., и не завершен до данного момента. В настоящее время ведется разработка на глубинах 800-1200, а иногда – 1600 м, при этом увеличение грузоподъемности сосудов планиру ется до 50-100 т, при скорости подъема 16-20 м/с и более. В этих условиях особо проявляются недостатки существующих схем армировки, несущая способность которых в основном была повышена за счет увеличения ме таллоемкости. На армировку ствола глубиной 1000 м затрачивается 1200 1500 т металлопроката, что связано с высокой трудоемкостью изготовле ния и монтажа. Поперечное сечение ствола загромождено расстрелами, что затрудняет спуск крупногабаритного оборудования в шахту и требует зна чительных затрат на проветривание, а в ряде случаев вызывает необходи мость строительства новых вентиляционных стволов. Таким образом, при армировании стволов шахт следует увеличить несущую способность и же сткостные параметры в 3-5 раз при одновременном снижении расхода ме талла на 20-30 %, уменьшить аэродинамическое сопротивление в 2-3 раза, улучшить технологию изготовления и индустриальность в монтаже.

1.2. Анализ развития конструктивных и технологических решений жесткой армировки вертикальных стволов Разработанные в различные годы прошлого столетия проекты жесткой армировки отвечали соответствующему уровню развития горнодобываю щих предприятий.

Так широко применявшаяся до шестидесятых годов XX в. конструк ции и схемы жесткой армировки с расстрелами из проката двутаврового профиля и рельсовых или деревянных проводников вполне удовлетворяли типичным для того времени условиям: в основном неглубоких шахт малой мощности с подъемными установками с полезной грузоподъемностью 8-10 т и скоростью движения подъемных сосудов 5-6 м/с (табл. 1.1, а, б).

С ростом глубины разработки полезных ископаемых и строительст вом крупных по мощности шахт возникла необходимость увеличения про изводительности подъемных установок. Так уже в конце 60-х гг. грузо подъемность подъемных сосудов возросла до 20-35 т, а скорость подъема увеличилась до 10-12 м/с. Средняя глубина разработки в Донецком бас сейне превысила 600 м, а добыча угля свыше этой глубины достигала 50% от общего объема. Проектирование и строительство шахтных стволов глу биной до 1200 м, оборудованных многоканатными подъемными установ ками большой грузоподъемности, становится обычным техническим ре шением.

Попытка реализации таких высоких скоростей и концевых нагрузок за счет только увеличения металлоемкости конструкций армировки оказалась нереальной.

Сохранение старых принципиальных решений в новых условиях при вело к несоответствию между армировкой и параметрами подъемных ус тановок, благодаря чему стали наблюдаться сильные поперечные колеба ния, выход подъемных сосудов из проводников, разрушение заделки кон цов расстрелов в крепи и, как следствие, низкая работоспособность арми ровки и подъема в целом.

Работоспособность армировки действующих шахт наиболее полно ха рактеризуется надежностью Р(t), которая является функцией времени экс плуатации и определяется как вероятность безаварийной работы армиров ки в течение данного периода эксплуатации.

Для определения состояния и надежности жесткой армировки в 1963 г. ВНИИОМШС были проведены обследования армировки в 63 ство лах действующих шахт. В результате анализа полученных фактических данных были сделаны следующие практические выводы:

– средний срок службы элементов армировки То для расстрелов со ставляет 10 лет, для проводников – 5 лет;

– среднее число замен элементов армировки за время эксплуатации t для расстрелов Н(t)=0,1t, для проводников Н(t)=0,2t;

– состояние армировки действующих стволов шахт весьма неудовле творительно в первую очередь в результате малых сроков службы ее от дельных элементов в связи с коррозионным, механическим износом и ус талостью металла.

Теоретические исследования причин аварийного состояния армировки показали, что динамическая система «подъемный сосуд – армировка» при определенных критических состояниях скоростей подъема может работать в резонансных режимах. Вследствие этого в практике проектирования, строительства и эксплуатации возникли следующие проблемы:

– возросла реальная вероятность возникновения аварийных ситуаций с тяжелыми последствиями из-за выхода подъемных сосудов из проводни ков и зацепления ими за расстрелы и инженерные коммуникации;

– сократился срок службы элементов армировки из-за интенсивного истирания проводников, накопления усталостных напряжений и коррози онного износа;

– увеличилась стоимость эксплуатации стволов вследствие большой трудоемкости регулярных осмотров и ремонтов узлов крепления армиров ки, на выполнение которых затрачивалось более 6 ч в сутки;

– возросло в два и более раза аэродинамическое сопротивление ство лов в связи с загруженностью сечения ствола в свету элементами армиров ки, их недостаточной обтекаемостью, увеличением глубины стволов и рас хода воздуха;

– в 1,3-1,5 раза увеличился расход металла и в 1,5-2 раза капитальные затраты на 1 м армировки ствола;

– увеличилась трудоемкость работ до 15-20% от общих объемов работ по сооружению ствола с сохранением большого объема ручного труда;

– на 25-40% возросла продолжительность армирования стволов в свя зи с утяжелением и усложнением конструкции армировки, повышением требований к точности ее монтажа, сохранения большого объема ручного труда и увеличения сроков переоснащения ствола от проходки к армиро ванию.

Указанные выше недостатки могли быть устранены только в резуль тате принципиально новых конструктивных изменений жесткой армировки.

Исходя из этой посылки, была разработана программа совершенство вания жесткой армировки, которая включала три основные направления:

1. Создание научно-обоснованных методических основ расчета.

2. Совершенствование и типизация схем и конструктивных узлов.

3. Разработка принципиально новых схем и конструкций.

Общим для этих направлений являлось стремление обеспечить без аварийную работу и максимальный срок службы подъемных сосудов, их узлов, подъемных канатов и армировки, минимальное аэродинамическое сопротивление ствола и минимальные эксплуатационные затраты на ре монт и поддержание армировки и ствола в целом.

К первому направлению следует отнести работы по исследованию ус тойчивости движения подъемных сосудов и созданию теоретических основ расчета рациональных параметров системы «сосуд-армировка» по пре дельным состояниям [3, 39].

Ко второму направлению относятся работы по созданию новых про филей проката для армировки, отличающихся повышенной жесткостью, удо бообтекаемыми формами и экономичностью, методов снижения аэродина мического сопротивления расстрелов путем установки на них обтекателей, конструированию работоспособных роликовых направляющих для подъ емных сосудов и совершенствованию схем армировки [20].

Практической реализацией первого и второго направлений явилась разработка научно-обоснованной методики расчета жесткой армировки нового типового проекта армировки стволов [39, 91].

Этим проектом для главных элементов армировки в стволах с подъем ными установками большой с средней интенсивности были приняты сварные коробчатые профили и малорасстрельные схемы армировки (табл. 1.1, б, в).

Внедрение коробчатых профилей и роликовых направляющих, кроме увеличения интенсивности работы подъемных установок, обеспечило плавное движение подъемных сосудов, благодаря чему уменьшились за траты на ремонт армировки, а применение малорасстрельных схем привело к существенному снижению аэродинамического сопротивления стволов.

К третьему направлению относится разработка принципиально но вых безрасстрельных консольных, консольно-распорных и блочных схем армировки.

Впервые консольная схема армировки была успешно применена в клетевом стволе шахты «Южная» ПО «Северокузбасуголь», которая без аварийно эксплуатировалась в течении 30 лет (табл. 1.1, г).

Таблица 1. Развитие схем жесткой армировки вертикальных стволов № Схема армировки Характеристика армировки схемы Жесткая армировка клетевого ствола.

а) Типовое решение. 1960 г.

Жесткая армировка скипового ствола.

б) Типовое решение. 1960 г.

Консольная схема армировки ствола шах в) ты «Южная» ПО «Северокузбассуголь», 1964 г.

Комбинированная армировка клетевого г) ствола. Типовые решения «Южгипро шахт»

Комбинированная армировка скипового д) ствола. Типовые решения «Южгипро шахт»

Консольно-рапорная армировка Северно е) го вентиляционного ствола №2 Запорож ского железорудного комбината.

Блочная армировка клетевого ствола с ж) П-образными расстрелами Блочная армировка скипового ствола с з) V-образными расстрелами Примером схемы армировки с комбинацией расстрелов и консолей является типовое решение сечения скипового ствола, разработанное ин ститутом «Южгипрошахт» (табл. 1.1, д, е).

Дальнейшим развитием консольной армировки следует рассматривать консольно-распорные схемы, в которых динамические нагрузки от подъ емных сосудов передаются не только на консоль, но и на систему горизон тальных распорных балок. Благодаря этому, такая конструкция по сравне нию с обычной консольной обладает в горизонтальной плоскости большей жесткостью (табл. 1.1, ж).

К основному недостатку консольно-распорной армировки следует от нести низкую несущую способность в вертикальной плоскости, что огра ничивает область ее применения.

В целях устранения этого недостатка предложена замена плоской кон струкции яруса армировки пространственной объемной, в том числе блоч ной, имеющей высокие прочностные и деформационные параметры (табл. 1.1, з, и). Предполагалось, что кроме высоких прочностных характери стик объемные конструкции позволят производить крупноблочный монтаж армировки и тем самым сократить капитальные и эксплуатационные затраты.

Учитывая особенности работы безрасстрельных армировок (консоль ных, консольно-распорных, блочных) и актуальность их внедрения был выполнен ряд теоретических работ, посвященных созданию научно-мето дических основ проектирования [99, 35, 64, 82, 50].

Вместе с тем многие задачи, поставленные программой совершенст вования жесткой армировки, разработанной еще в 70-е гг. прошлого столе тия, остаются полностью или частично нереализованными и не потеряли свою актуальность в настоящее время. К ним следует, прежде всего, отнести:

– разработку научно-обоснованной методики проектирования простран ственных конструкций армировки и технологию их крупноблочного монтажа;

– переход на переменный шаг армировки, который позволил бы на рушить периодичность поперечной жесткости армировки, снизить уровень параметрического возбуждения и тем самым перейти на более высокие скорости подъема и концевые нагрузки;

– разработку и внедрение в практику системы проводников с дополни тельной ветвью, обеспечивающей постоянную жесткость по глубине ствола.

Резюмируя изложенное, следует обратить внимание на логическую последовательность развития конструктивных и технологических решений жесткой армировки вертикальных стволов вследствие роста интенсивности работы шахтных подъемов, накопления опыта и теоретических знаний, от простых стержневых систем из металлических и деревянных элементов к сварным коробчатым профилям, консольным и консольно-распорным пло ским и объемным, крупноблочным и пространственным конструкциям.

2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ АРМИРОВКИ 2.1. Современное состояние вопроса армирования вертикальных стволов шахт и рудников Армировка вертикальных стволов предназначена для обеспечения на правленного безопасного движения подъемных сосудов при заданных ре жимах работы подъемных установок. Схема армировки и конструкция ее элементов, а также технология армирования во многом влияет как на на дежность эксплуатации всего комплекса подъема, так и на продолжитель ность, стоимость и трудоемкость сооружения вертикальных стволов (рис. 2.1).

Классификация применяемых в современной отечественной и зару бежной практике конструктивных решений и принципиальных схем арми ровки вертикальных стволов приведена на рис. 2.2.

Изучение существующего состояния вопроса армирования вертикаль ных стволов шахт и рудников, сравнение вышеперечисленных схем арми ровки и оценка их достоинств и недостатков позволяют констатировать следующее.

В отечественной горнодобывающей промышленности наибольшее распространение получила жесткая металлическая армировка с расстрела ми балочного типа, ее доля составляет около 75%, а с учетом жесткой смешанной армировки (металлические расстрелы и деревянные проводни ки) – более 80%.

Это связано, прежде всего, с устоявшимся традиционным подходом в проектировании армировок стволов (см. главу 1) и накопленным богатым опытом в строительстве и эксплуатации жестких многорасстрельных ар мировок, которые по праву считаются наиболее проверенными и надеж ными.

В настоящее время дальнейшее увеличение средней глубины разрабо ток и повышение значимости армировки в общем комплексе ствола, обу словленное возрастанием допустимых скоростей подъема и концевых на грузок требуют дальнейшего увеличения средней жесткости системы и по возможности исключения ее периодического изменения по глубине ствола.

Эти рекомендации определяют современные тенденции в конструиро вании жесткой армировки.

Скиповые стволы Клетевые стволы Воздухоподающий стволы Продолжи- Стои- Трудоем- Продолжи- Стои- Трудоем Продолжи- Стои- Трудоем тельность мость кость тельность мость кость тельность мость кость Рис. 2.1. Продолжительность, трудоемкость и стоимость сооружения вертикальных стволов:

1 – оснащение;

2 – проходка ствола;

3 – сопряжение и камеры;

4 – армирование;

5 – переоснащение;

6 – простои;

7 – спецспособ Рис. 2.2. Классификация современных конструкций армировки Использование традиционного метода в конструировании, т.е. уве личение жесткости применяемых профилей для проводников и расстрелов при сохранении конструкций ярусов, является малоэффективным, так как в современных условиях недостатки, присущие жестким расстрельным ар мировкам, будут проявляться еще более существенно.

Главным из недостатков реализации этого направления является дальнейшее повышение металлоемкости конструкции, а, следовательно, увеличение затрат, что в современных условиях, при необходимости жест кой экономии средств и рационального использования ресурсов нецелесо образно.

2.2. Сравнительный анализ и перспективы применения многорасстрельных, безрасстрельных и канатных армировок Как видно из классификации армировок, приведенной на рис. 2.2, в настоящее время применяются два принципиально различных по конст рукции и применяемым материалам типа армировки:

– жесткая, состоящая из длинных металлических балок (расстрелов), заделываемых двумя концами в крепь – многорасстрельная, или из корот ких отрезков металлического профиля (консолей) – безрасстрельная, к ко торым крепятся рельсовые или коробчатые проводники;

– гибкая, состоящая из канатов, которые навешиваются в стволе и за крепляются в двух точках – на копре и в зумпфе.

Произведем сравнительный анализ указанных типов армировки.

Традиционные жесткие многорасстрельные армировки обладают целым рядом существенных недостатков, к которым можно отнести следующие:

– значительная, иногда неоправданно завышенная металлоемкость конструкции, приводящая к общему удорожанию строительно-монтажных работ;

– поперечное сечение стволов загромождено расстрелами, часто рас полагающимися в центральной части, что затрудняет спуск длинномерных материалов и крупногабаритного оборудования в шахту и вызывает до полнительные затраты на проветривание из-за высокого аэродинамическо го сопротивления армировки;

– высокая трудоемкость монтажа и изготовления элементов армиров ки, в связи с чем средние темпы работ по возведению армировки стволов на протяжении ряда лет практически не увеличиваются (и составляют 150-200 м/мес.), зачастую не достигая нормативных (300 м/мес.).

Это приводит к тому, что при трудоемкости армирования, в 6-10 раз меньшей, чем остальное сооружение ствола, затраты времени на армиро вание занимают иногда до 20% от продолжительности строительства.

Исследования показывают, что причинами такого положения являет ся: применение схем армировки, не обеспечивающих индустриальных ме тодов ведения монтажных работ, значительные затраты ручного труда при разделке лунок и установке элементов армировки, несовершенная система геометрического контроля положения ее элементов, а также применение технологии, при которой монтаж элементов армировки, трубопроводов выполняется последовательно со значительными переходными перерыва ми на переоборудование ствола. Расстрелы армировки вертикальных ство лов, как правило, закрепляют в лунках бетонной крепи, разделываемых вручную. Устройство лунок является одним из наиболее длительных и трудоемких процессов при возведении армировки, на который приходится до 40% всех трудовых затрат на армирование ствола.

Тем не менее жесткая армировка имеет и существенные достоинства:

– при одинаковой грузоподъемности подъемных сосудов стволы с та кой армировкой имеют меньший диаметр по сравнению со стволами с гиб кими проводниками;

– упрощается работа с нескольких горизонтов при максимально воз можной скорости движения подъемных сосудов по стволу, при этом дви жение осуществляется с небольшими искривлениями;

– возможен частичный ремонт проводников и расстрелов при обнару жении их местного повреждения.

Учитывая опыт эксплуатации стволов с жесткой армировкой, обору дованных клетевыми подъемами, и их надежность, можно утверждать, что и в будущем они будут иметь широкое применение в горнодобывающей промышленности страны. Поэтому работы по созданию и внедрению но вых схем и прогрессивных конструкций жесткой армировки, а также раз работка эффективных технологических схем ее возведения должны быть направлены на устранение перечисленных ранее недостатков.

Другим направлением в проектировании армировок вертикальных стволов, развивавшимся одновременно с совершенствованием жестких многорасстрельных армировок, является гибкая (канатная) армировка, ко торая по ряду показателей значительно эффективнее жесткой. Так, расход металла за весь период эксплуатации ствола при канатной армировке со кращается в 3-4 раза, скорости армирования увеличиваются в 3,5-6 раз, аэ родинамическое сопротивление стволов в 4-5 раз меньше, чем при жесткой армировке.

В отдельных случаях канатная армировка является не только предпоч тительным, но и единственно приемлемым решением, например:

– при проходке стволов в сильно обводненных, неустойчивых поро дах, когда недопустимо нарушение сплошности бетонной крепи для уста новки расстрелов;

– при активном горном давлении на крепь ствола, вызывающем де формацию элементов жесткой армировки;

– при необходимости значительного снижения аэродинамического со противления ствола;

– при применении облегченных крепей (набрызгбетон, армонабрыз гбетон), осложняющих закрепление расстрелов жесткой армировки и др.

Существенные преимущества канатной по сравнению с жесткой мно горасстрельной, а также создание и применение многоканатных подъем ных установок, обеспечивающих повышенную стабильность движения со судов в канатных проводниках, способствовали значительному расшире нию использования канатных проводников.

Так, в период с 1968 по 1988 гг. лет их количество возросло с 1 до 17% от общего количества эксплуатируемых стволов и превысило 120 единиц [106]. Эксплуатируется ряд стволов с крупными подъемными установками: с глубиной подъема до 1300 м, массой груженных сосудов 50-100 т и скоростью подъема до 12 м/с.

В 80-х гг. XX в. в отечественной практике строительства и реконст рукции шахт доля канатной армировки составляла 50-60% [97]. Аналогич ное положение наблюдается во всех странах Европы с развитой горнодо бывающей промышленностью: Германии, Польше, Франции, Швеции.

Однако наряду с указанными преимуществами канатная армировка обладает некоторыми существенными недостатками, главным из которых является необходимость увеличения поперечного сечения ствола по срав нению с жесткой армировкой, а, следовательно, и значительного возраста ния первоначальных капитальных затрат на строительство.

Кроме того канатные проводники значительно быстрее, чем жесткие, изнашиваются от интенсивной истирания и коррозии. Несмотря на то, что при проектировании канатной армировки срок службы проводников при нимается 6-8 лет, фактически они служат 2-3 года, а в условиях г. Нориль ска срок службы канатных проводников не превышает 1,5 года.

К серьезным недостаткам и нерешенным проблемам в применении канатных армировок можно отнести также:

– все еще высокую аварийность направляющих канатов вследствие поломок внешних проволок и выхода их за контур каната;

– нестабильность движения подъемных сосудов в канатных провод никах под воздействием аэродинамических факторов и сил, возникающих в головных канатах от растягивающей нагрузки;

– несовершенство конструкций фиксирующих устройств для подъем ных сосудов на промежуточных горизонтах;

– отсутствие надежных научно-обоснованных нормативных материа лов для проектирования и технико-экономической оценки подъемных ус тановок с канатными проводниками.

В любом случае выбор между канатной и жесткой армировками не является однозначным и требует тщательного технико-экономического анализа, учитывающего конкретные горно-геологические, горнотехниче ские и климатические условия эксплуатации. Технико-экономические по казатели и эксплуатационные характеристики схем с жесткой и канатной армировками во многом отличаются друг от друга, и, тем не менее, до на стоящего времени не установлены рациональные области их применения, что в значительной мере обусловлено недостаточной их изученностью и отсутствием научно обоснованных рекомендаций. Этим следует объяснить и то, что в различных странах с развитой горнодобывающей промышлен ностью соотношение схем армировки различно. Так, например: в горно рудной промышленности Германии, Франции и Швеции, на шахтах Поль ши, США применяется главным образом канатная армировка. На угольных шахтах Великобритании ее доля составляет 50%. В отечественной горно добывающей промышленности из 100% действующих стволов 75% имеют жесткую армировку, 17% канатную, 8% – смешанную армировки.

Как видно из приведенного анализа и жесткие многорасстрельные, и канатные армировки обладают некоторыми характерными, трудноустра нимыми недостатками.

Промежуточным решением, объединяющим преимущества жестких (высокая прочность, устойчивость, жесткость конструкции) и канатных армировок (низкая металлоемкость и трудоемкость возведения, уменьше ние аэродинамического сопротивления ствола, освобождение большей части полезной площади поперечного сечения ствола и т.д.) является без расстрельная армировка, при которой проводники крепятся к консоль ным балкам небольшой длины или к блокам.

Кроме того при применении безрасстрельной армировки создаются благоприятные предпосылки для более прогрессивной технологической схемы армирования с одновременной проходкой ствола, которая при канат ной армировке невозможна, а при многорасстрельной – весьма затруднена.

В направлении создания безрасстрельных схем и конструкций уже выполнен ряд научно-исследовательских работ. В настоящее время разра ботаны и внедрены различные схемы безрасстрельных (малорасстрельных) армировок клетевых и скиповых стволов угольных шахт. Применение таких схем и конструкций армировки, на наш взгляд, наиболее перспективно.

Для расширения области применения безрасстрельных армировок, возможности их использования в сложных горно-геологических условиях, повышения точности монтажа и ремонтопригодности, авторами ведется разработка новых конструкций и узлов безрасстрельных армировок (см.

главы 3 и 4).

2.3. Система современных требований и решений жесткой армировки При проектировании рациональных параметров схем и конструкций армировки, а также технологии армирования для конкретных горно-геоло гических и экономических условий очень важно учесть целый комплекс требований, которые по своей сути делятся на 3 большие группы:

– функциональные, выполнение которых призвано обеспечить безава рийную работу подъема при заданной скорости и концевой нагрузке в те чение заданного срока службы ствола в конкретных горно-геологических условиях;

– технические, включающие правильное научно обоснованное проек тирование (конструирование и расчет) армировки, что обеспечит ее высо кие эксплуатационные характеристики;

– экономические, обуславливающие необходимость максимального сбережения материальных и трудовых ресурсов, как при армировании ствола, так и при эксплуатации армировки.

Каждое из требований предполагает принятие в проектах определенных технических и технологических решений, которые могут, как сочетаться, так и исключать друг друга. К настоящему времени выработано множество ре шений схем, конструкций, отдельных узлов армировки, технологических схем, способов и приемов армирования. Авторами сделана попытка система тизации решений армировки вертикальных стволов, основанной на совре менных требованиях к проектированию. Указанная система включает как традиционные классические решения, так и новые разработки, предложен ные авторами. Дадим дополнительные пояснения к некоторым «блокам»

представленной системы требований и решений армировки (рис. 2.3).

Использование «поточной» Надежность узлов Включение в конструкции соединения армировки узлов осевой и технологии армирования радиальной податливости Использование временной Выбор рациональных Использование конструкций профилей анкерной крепи для навески с регулируемым положением элементов армировки Использование пространст Выбор рациональной Использование цельно-сварных Снижение венных конструкций с схемы армировки секций лестничного отделения, опиранием вне зоны Повышение закрепляемых анкерами многодетальности Переход на другие деформаций крепи Предварительная навеска опор- схемы армировки на темпов армирования сложных участках ных кронштейнов для проводни- Использование различных ков в период проходки ствола материалов в узлах крепления бых горно-геоло гических условиях Прочность Устойчивость в лю Ремонтопригодные Качественная заделка Крепление расстрелов анкерами конструкции нарушенной крепи в местах Исключение длинных централь- заделки расстрелов Антикоррозийные ного и хордальных расстрелов Повышение точности монта покрытия Повышение технологичности жа расстрелов и проводников Использование блочных Футеровка Использование полиурета Долговечность проводников конструкций, монтируемых новых шин и гидравличе на поверхности ских амортизаторов роли армирования Экономические ковых направляющих Использование временной Применение консольно распорной армировки ного ряда монтажных шаблонов крепи из ж.-б. анкеров для на Снижение трудоемкости Шахматный порядок уста вески кронштейнов, труб, ка- Использование демп- новки консолей, удержи белей, лестничных отделений ферного проводника вающих проводники одного жесткости подъемного сосуда Повышение Крепление проводни Использование консольных ков к крепи одиноч- Применение высокопрочных ными анкерами с материалов и профилей армировок уменьшенным шагом повышенной жесткости Использование консольно Высвобождение цен- Использование специаль распорных армировок Технические тральной части сечения ных профилей расстрелов ствола от расстрелов Крепление проводников к кре- (гексагонального, эллипти Снижение узлов крепления ческого обтекаемого) пи посредством кронштейнов Использование металлоемкости сопротивления Установка обтекателей на переменного шага динамического Снижение аэро Рис. 2.3. Система требований и решений жесткой армировки вертикальных стволов ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЖЕСТКОЙ АРМИРОВКИ Увеличение шага армировки расстрелы армировки Использование унифицирован- Использование регулируемых Учет функциональных требований должен обеспечить прочность конст рукции, ее устойчивость и работоспособность в соответствующих горно геологических условиях, а также максимально возможную долговечность армировки. Прочность конструкции (требуемая жесткость, отсутствие сверхдопустимых напряжений и деформаций) обеспечивается корректным проектированием профилей армировки, узлов соединения ее элементов и уз лов крепления к стенкам ствола в соответствии с расчетными нагрузками от движущихся подъемных сосудов, определяемыми по [39]. Для обеспечения устойчивости армировки в сложных горно-геологических условиях требует ся применение ряда дополнительных мер, к которым можно отнести включе ние в конструкции проводников и расстрелов узлов осевой и радиальной по датливости [98, 109], использование податливых гидравлических расстрелов [53] или податливых анкеров для крепления элементов армировки [52].

Помимо указанных решений податливых конструкций, «срабатыва ние» которых зависит только от внешних нагрузок и может произойти не ожиданно, возможно использование регулируемых конструкций, позво ляющих вручную изменять положение отдельных элементов армировки в случае их заметного искривления или смещения, вызванного отклонения ми стенок ствола [67, 63].

Немаловажное значение в обеспечении длительной функциональной устойчивости армировки имеет выбор ее рациональной схемы. В качестве одного из направлений защиты армировки вертикальных стволов предла гается применение малорасстрельных и безрасстрельных конструкций с регулируемым положением элементов. Так, например, в стволах, подвер женных влиянию горного давления, наиболее предпочтительной будет консольная армировка с боковым расположением проводников относи тельно подъемных сосудов. При этом продольные оси консолей должны проектироваться по возможности в направлении ожидаемых сдвижений поперечного сечения ствола. Консольная схема с лобовым двухсторонним расположением проводников благоприятна в стволах, где преобладают де формации контура в горизонтальном направлении, перпендикулярном про ектному положению продольных осей консолей и подъемного сосуда [109].

Максимально учесть свойства вмещающего породного массива, кото рые могут резко отличаться друг от друга на различных по глубине участ ках ствола, позволяет дифференцированный подход к проектированию ар мировки, предусматривающий возможность применения различных схем и конструкций армировки на разных участках [57]. Для особо неустойчивых участков стволов, находящихся в условиях сильно деформирующегося по родного массива, когда невозможно обеспечить требуемую величину по датливости или регулирования элементов армировки, целесообразно ис пользовать пространственные конструкции, которые опираются на крепь ствола выше и ниже нарушенного участка [84, 42]. Сложные, с точки зре ния поддержания, участки ствола с целью повышения надежности закреп ления армировки, могут упрочняться с помощью различных типов анкер ных крепей, что, в конечном счете, скажется как на улучшении состояния стенок ствола, так и на повышении безопасности эксплуатации армировки.

Другим важным функциональным требованием к армировке ствола является повышение ее долговечности, которое может быть направлено на снижение коррозии металла (использование антикоррозийных покрытий, неодинаковых материалов в соединениях), уменьшение износа (использо вание футеровки проводников [25], специальных материалов и конструк ций роликовых направляющих [4]), улучшение технологии работ (качест венная заделка нарушенной крепи, повышение точности монтажа и др.).

Одним из важнейших технических требований является повышение жесткости армировки и соответственное снижение амплитуды колебаний подъемного сосуда при движении. Данная задача традиционно решалась применением высокопрочных материалов и профилей повышенной жест кости, что сопряжено с дополнительными затратами. Значительно повы сить жесткость армировки, исключить ее переменную податливость по глубине и использовать даже в стволах с высокой интенсивностью подъе ма, позволяет применение консольно-распорных конструкций [72]. Инте ресным направлением повышения жесткости армировки является исполь зование проводников с дополнительной вертикальной демпфирующей вет вью, опирающейся на расстрелы и соединенной с проводником в середине между ярусами [56], а также применение в качестве расстрелов облегчен ных несущих конструкций с уменьшенным шагом установки. К таким кон струкциям можно отнести армировку, предусматривающую крепление проводников к стенкам одиночными или спаренными анкерами, установ ленными с малым шагом (0,5-1 м). Как показывает компьютерное модели рование, такое решение позволяет значительно увеличить жесткость кон струкции, а значит снизить величину прогиба проводника и улучшить ха рактеристики подъема. Снизить прогибы проводников можно также при стандартном шаге консольной армировки, устанавливая по две консоли (для одного подъемного сосуда) не на одном ярусе, а с разнесением по вы соте на величину, равную половине шага армировки (т.е. в шахматном по рядке). В этом случае максимальный прогиб одной консоли будет совпа дать с нулевым прогибом другой, и наоборот, что в целом положительно скажется на общей жесткости системы.

Другим важным техническим требованием к армировке является снижение аэродинамического сопротивления, которое может быть достиг нуто высвобождением центральной части стволов от расстрелов [18] (при менением безрасстрельных армировок, креплением проводников непо средственно к крепи), использованием специальных обтекаемых (эллипти ческого, гнутого гексагонального, каплевидного) профилей расстрелов [4], установкой обтекателей на расстрелы и консоли [4, 32], использованием переменного шага армировки [19].

В современных условиях максимального ресурсосбережения все большее значение приобретают экономические требования к проектирова нию армировки, которые охватывают 3 основных резерва экономии: сни жение металлоемкости конструкций, трудоемкости строительно-монтаж ных работ и повышение темпов армирования.

Направления совершенствования армировки с целью снижения ме таллоемкости включают внедрение безрасстрельных (консольных, кон сольно-распорных, блочных) армировок [64], увеличение шага армировки до 6 м для рельсовых и до 6,252 м для коробчатых проводников [87], ис пользование анкерно-консольной армировки [69, 71], предусматривающей крепление проводников к стенкам ствола на 4 анкерах посредством не сложных опорных плит-кронштейнов, и других облегченных конструкций и узлов.

Снижение трудоемкости армирования и эксплуатации стволов может обеспечиваться следующими решениями: исключением центральных и длинных хордальных расстрелов, обладающих большой длиной, массой, загромождающих сечение и создающих дополнительные сложности при их установке в стволе;

креплением расстрелов или консолей анкерами [35];

использованием блочных конструкций, монтируемых на поверхности [36];

повышением технологичности (снижение многодетальности, использова ние конструкций, предусматривающих возможность регулирования при монтаже, использование унифицированного ряда монтажных шаблонов [105, 59]);

использованием ремонтопригодных конструкций [100].

Повышение темпов армирования, и соответствующая экономия средств за счет досрочного ввода ствола в эксплуатацию, может быть достигнута применением «поточной» технологии с применением безрасстрельной ар мировки [75], использованием цельносварных секций лестничного отделе ния, закрепляемых анкерами [103], применением технологической схемы, предусматривающей установку опорных кронштейнов вместе с креплени ем ствола, а навеску проводников – после окончания проходки и переобо рудования ствола. Представляется интересной идея о возможности исполь зования временной анкерной крепи для последующей навески опорных кронштейнов, консолей или расстрелов.

Учет всех перечисленных требований и возможных направлений их удовлетворения позволит обеспечить максимально эффективное, экономи чески, технически и технологически целесообразное и обоснованное про ектирование жесткой армировки стволов.

2.4. Основные принципы проектирования армировки Исходя из рассмотренных требований (см. п. 2.3), можно сформули ровать следующие принципы проектирования жесткой армировки верти кальных стволов в современных условиях строительства и эксплуатации стволов:

– принцип максимального ресурсосбережения, заключающийся в мак симально возможном использовании конструкций малой металлоемкости (консольных, консольно-распорных, анкерно-консольных), увеличении шага армировки, повышении технологичности конструкций (снижении многодетальности, использовании унифицированного ряда монтажных шаблонов, применении регулируемых узлов крепления) и др.;

– принцип поточности, предусматривающий максимальное совмеще ние работ по армированию ствола с его проходкой и креплением, а также использование средств временного крепления ствола для последующей на вески элементов армировки;

– дифференцированный подход, предусматривающий использование в одном стволе различных схем и конструкций в зависимости от горно- и гидрогеологических условий;

– принцип учета геомеханических свойств вмещающего породного массива, позволяющий отказаться от традиционных ярусов армировки на наиболее опасных участках ствола и не устанавливать на данных участках никаких опорных конструкций и анкеров.

Взаимосвязь требований и принципов проектированию жесткой ар мировки схематично показана на рис. 2.4.

Принцип поточности Экономические требования Принцип ПРИНЦИПЫ Принцип учета геоме ПРОЕКТИРОВАНИЯ максимального ханических свойств АРМИРОВКИ ресурсосбережения вмещающих пород ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ Функциональ ные требования Дифференцированный подход Рис. 2.4. Взаимосвязь требований и принципов проектирования армировки С одной стороны, функциональные требования определяют необхо димость наиболее полного учета условий эксплуатации армировки и при менения различных на отдельных глубинах схем и конструкций, а также использования всевозможных способов защиты армировки;

с другой сто роны экономические требования ограничивают проектировщика необхо димостью максимального ресурсосбережения и обеспечения высоких тем пов армирования.


Для устранения указанного противоречия авторами ведется разра ботка новых конструкций армировки и технологических схем армирова ния, позволяющих успешно удовлетворять как функциональные, так и эко номические требования. Подробно эти решения приведены в главах 3 – 5.

3. БЕЗРАССТРЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ АРМИРОВКИ 3.1. Опыт применение безрасстрельной армировки в отечественной и зарубежной практике Наиболее перспективным проектным решением по совершенствова нию жесткой армировки считается переход к безрасстрельной армировке, главным отличием которой является использование в качестве основных несущих элементов одинарных консольных металлических балок, консолей с распорами в горизонтальной плоскости или блочных пространственных кон струкций. По этому признаку все безрасстрельные армировки можно разде лить на консольные, консольно-распорные и блочные (см. рис. 2.2). Рассмот рим опыт применения каждой из них.

3.1.1. Консольные армировки Консольная армировка впервые нашла применение в зарубежной практике шахтостроения.

Так в ФРГ безрасстрельная армировка используется еще с середины 50-х гг. XX в. [13]. На шахте «Wihelmine Victoria» для улучшения условий вентиляции в стволе диаметром 4,15 м балочные расстрелы хордального расположения были заменены консолями. В результате аэродинамическое сопротивление ствола уменьшилось почти на 75%. В это же время был осуществлен проект закрепления проводников на консолях в вентиляцион ном стволе №3 на шахте «Waltrop» (ФРГ) диаметром 6,5 м, шаг установки консолей – 2 м. После этого успешного опыта консольная армировка стала применяться как при реконструкции старых, так и при строительстве новых вертикальных стволов.

В ЮАР широко применяются смешанные схемы армировки, соче тающие в себе хордальные расстрелы и консоли. Такое техническое реше ние позволяет снизить металлоемкость армировки и аэродинамическое со противление ствола в сравнении с обычной многорасстрельной армировкой.

В качестве примера смешанной армировки можно рассмотреть сече ние ствола №1 рудника «Хартебнисфонтейн» (рис. 3.1). Ярус армировки состоит из двух хордальных расстрелов коробчатого профиля соединенных вдоль центральной оси распорной балкой и двух консолей. Последние представляют собой металлические сварные кронштейны, закрепленные к стенкам ствола четырьмя анкерами. Расстрелы также установлены на кронштейнах аналогичной конструкции.

Рис. 3.1. Проектное сечение ствола № рудника «Хартебнисфонтейн»

Интересным является также то, что монтаж армировки стволов руд ника «Хартебнисфонтейн» осуществлялся одновременно с проходкой с помощью специального полка. Полок располагался на высоте 60 м от забоя и подвешивался к ранее установленным расстрелам на шести канатах ле бедок. Установка расстрелов и навеска проводников в зависимости от их расположения производилась во время уборки породы и бурения шпуров.

На монтаж комплекта яруса расстрелов и кронштейнов и навеску провод ников длиной 9,15 м в среднем затрачивалось 3 – 3,5 ч.

Рекордные скорости строительства по описанной технологии были достигнуты при сооружении ствола №2 рудника «Хармони» глубиной 1688 м. В течение восьми месяцев проходка и одновременное армирование ствола осуществлялись со скоростями 102,2 – 171,7 м/мес [78].

Фирмами Германии, осуществляющими проходку и армирование, до вольно широко используется способ установки проводников непосредст венно на кронштейнах, имеющих различное конструктивное исполнение.

Крепление элементов армировки осуществляется с помощью эмалевых труб (рис. 3.2) или анкеров (рис. 3.3).

Применение эмалевых труб обеспечивает повышенную надежность всей конструкции армировки в сборе. В тоже время технология установки кронштейнов на анкерах является менее трудоемкой.

Рис. 3.2. Узел крепления проводников на эмалевых трубах Рис. 3.3. Консольная армировка с креплением кронштейнов на анкерах Применение безрасстрельной армировки с креплением проводни ков на кронштейнах в стволах «Вестерхольт 1», «Вульфен 1», «Рейнберг»

и др. позволило существенно снизить металлоемкость армировки, аэроди намическое сопротивление ствола, трудоемкость работ, а также использо вать подъемные сосуды большого объема [34, 87].

В отечественной угольной промышленности консольная армировка впервые была применена на новом клетевом стволе шахты «Южная»

п/о «Северокузбассуголь» (рис. 3.4) в 1967 г. [36, 97]. Клетевой ствол диа метром 5 м пройден на глубину 300 м и закреплен монолитной бетонной крепью толщиной 450 мм. Ствол оборудован работающей с двух горизон тов одноклетевой подъемной установкой с противовесом и одноэтажной клетью на одну трехтонную вагонетку. Рельсовые лобовые проводники с помощью зажимных скоб закреплены к консолям, замоноличенным в бе тонной крепи ствола. Шаг армировки 4168 мм.

Консоли для крепления проводников крепи изготовлены из двух от резков угловой стали, скрепленных между собой накладками. Масса кон соли 50,2 кг/м, глубина заделки в бетон 350 мм. Консоли для крепления проводников противовеса изготовлены из отрезков двутавровых балок, стенки которых усилены накладками из листовой стали. Масса консоли 45 кг/м, глубина заделки – 450 мм. На концах всех консолей, выступающих в ствол, закреплены планки с лежками, а на противоположных концах при варены стержни из арматурной стали.

Рис. 3.4. Консольная армировка клетевого ствола ш. «Южная» в Кузбассе Общая экономия металлопроката по сравнению с моногорасстрельной схемой армировки составила 23 %. В течение более 20 лет эксплуатации клетевого ствола шахты «Южная» аварий связанных с конструкцией арми ровки не наблюдалась [5, 6].

Эффективность применения и работоспособность одинарных консо лей как элементов армировки была подтверждена многолетним положи тельным опытом эксплуатации армировок скипового ствола №2-бис шахты «Центральная» ПО «Красноармейскуголь» и клетевого ствола шахты им. газеты «Социалистический Донбасс» ПО «Донецкуголь», интенсив ность подъемных установок которых соответственно равны 3,23108 и 2,07108 Дж [13].

Спаренные (П-образные) консольные расстрелы успешно эксплуати ровались в скиповом стволе №1 шахты «Голубовская» ПО «Стаханов уголь» (интенсивность подъема 1,25108 Дж) [13].

Консольные расстрелы были установлены также во вспомогательном стволе шахты «Славяносербская» ПО «Ворошиловградугогль», где подъ емная установка имеет интенсивность 5,5107 Дж [13].

Наиболее высокая интенсивность подъема для конструкций жестких армировок с консольными расстрелами была достигнута на калийном руд нике «Wintershall» в стволе «Grimberg» (ФРГ), где успешно эксплуатиру ется скиповой подъем интенсивностью 1109 Дж.

Во всех вышеописанных случаях закрепление консолей в бетонной крепи ствола производилось путем заделки их концов в лунки бетонирова нием. Этот способ закрепления элементов армировки долгое время оста вался преобладающим при монтаже как расстрельной, так и консольной армировок.

3.1.2. Консольно-распорные армировки Одним из направлений развития консольной армировки является кон сольно-распорная схема армировки, в которой динамические нагрузки пе редаются не только на консоль, но и на жестко прикрепленную к ней бал ку. Такая конструкция расстрела работает преимущественно на растяже ние-сжатие, что обеспечивает высокие жесткости при минимальной метал лоемкости. Такой расстрел имеет в горизонтальной плоскости в 5-10 раз большую жесткость по сравнению с консольным.

Впервые в отечественной практике консольно-распорная армировка была запроектирована и сооружена в 1976 г. в стволе шахты «Слепая №8»

РУ им. Кирова ПО «Кривбассруда» [8, 20]. Ствол диаметром 4 м оборудо ван клетью размерами в плане 31001370 мм и противовесом 800400 мм.

Консольные расстрелы выполнены из двутаврового профиля №26в. Про водники – коробчатые 16016012 мм. Для противовеса использованы на правляющие канаты диаметром 38 мм. Шаг армировки – 4м. Лестничное отделение изготовлено из сборных металлоконструкций, позволяющих монтировать его секциями. Сечение ствола позволяет пропускать при ско рости 8 м/с максимальное количество воздуха – 82 м3/с.

В связи с тем, что ствол с такой конструкцией армировки соору жался впервые, были проведены статические и динамические испытания, в результате которых получены следующие выводы: одностороннее распо ложение роликовых направляющих не оказывает существенного влияния на систему «проводники-расстрелы»;

зарегистрированные нагрузки на ар мировку меньше допустимых расчетных в 4-5 раз, что свидетельствует о дос таточно высокой работоспособности консольно-распорной армировки [21].

На базе этих данных институтом Кривбасспроект совместно с КГРИ была разработана консольно-распорная армировка ствола «Вентиляцион ный №3» (рис. 3.5) рудника «Яковлевского» объединения КМАруда [8, 44].

Рис. 3.5. Консольно-распорная армировка ствола «Вентиляционный» №3 Яковлевского рудника Ствол оборудован клетью размерами в плане 45001500 мм с про тивовесом и подъемом для спуска крупногабаритного оборудования. Рас стрелы коробчатого профиля, изготовленные путем сварки из уголков 20012512 мм располагаются попарно в стволе с шагом армировки 4 м. К стенке ствола консольно-распорные расстрелы крепились на штангах с помощью специально приваренных опорных кронштейнов. Клеть обору дована упругими роликовыми направляющими, которые движутся по ко робчатым металлическим проводникам. Расположение проводников отно сительно клети – одностороннее.

Консольно-распорная армировка ствола №3, обладающая достаточ ной несущей способностью и жесткостными параметрами в горизонталь ной и вертикальной плоскостях, обеспечила надежную работу подъема на проектных параметрах.


Технико-экономический анализ целесообразности применения кон сольно-распорных схем армировки применительно к стволу шахты «Сле пая №8» и к стволу «Вентиляционный №3» Яковлевского рудника показан в табл. 3.1.

Таблица 3. Сравнительный анализ схем армировки применительно к стволу шахты «Слепая» и «Вентиляционный №3»

Экономиче кол- во воздуха,м Глубина ствола, м родинамического Коэффициент аэ ская эффек сопротивления вентиляции,м млн.кВтч/год 103, Нс2м- Площадь для эл.-энергии, Предельное тивность, металла, т Затраты Расход тыс. у.е.

Шахта, Схемы ствол армировки годовая рочный за дос общая ввод 330 10 80 42,9 146,5 1,73 - «Слепая №8»

330 10,25 82 12,2 108,2 0,49 30,9 1, Вент.

740 41,59 384 23,2 764,4 3,86 - ствол № Яков левско го руд 740 41,59 384 6,2 270,2 1,03 549,3 215, ника Как показывают результаты, приведенные в табл. 3.1, применение консольно-распорной армировки в сочетании с канатной вместо традици онной расстрельной позволяет снизить аэродинамическое сопротивление в 3,5-4 раза, сократить расход металла в 1,5-2 раза, сократить трудозатраты в 2 раза и увеличить темпы армирования до 500-600 м/мес.

Наряду с достоинствами консольно-распорной армировки была ус тановлена низкая несущая способность предложенных конструкций консо лей в вертикальной плоскости, а также повышенная трудоемкость их изго товления.

С учетом полученного опыта УкрНИИпроектом был разработан ра бочий проект консольно-распорной армировки Северного вентиляционно го ствола №2 Запорожского железорудного комбината [36] (рис. 3.6).

Ствол пройден диаметром в свету 6 м глубиной 640 м и закреплен чугунными тюбингами и монолитной бетонной крепью класса В20 толщи ной 500 мм. Ствол оборудован одноконцевым подъемом с концевой на грузкой 23,5 т. Максимальная скорость подъема – 7,7 м/с. Армировка ство ла комбинированная: для клети – консольно-распорная с коробчатыми проводниками 16016012 мм;

для противовеса – канатная (4 каната диа метром 36,5 мм). В чугунной тюбинговой крепи кронштейны крепятся болтами, а в бетонной крепи закрепляются восемью анкерами. Каждый ан кер из отрезка арматурной стали класса АП или АШ диаметром 32 мм за крепляется в шпуре двумя патронами ПНВ-01-40 с неорганическим быст ротвердеющим вяжущим.

Рис. 3.6. Консольно-распорная армировка Северного вентиляционного ствола №2 ЗЖРК для клети, канатная – для противовеса Консольно-распорная армировка аналогичной конструкции разра ботана для вспомогательного ствола №2 ЗЖРК [87] (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Консольно-распорная армировка вспомогательного ствола №2 ЗЖРК Проведенный анализ консольно-распорных схем показал, что недос таточная несущая способность расстрелов в вертикальной плоскости дела ет нецелесообразным без существенного увеличения несущей способности применение таких схем в главных стволах, поэтому применение таких схем в главных стволах, поэтому такие армировки целесообразно приме нять для вспомогательных стволов шахт диаметром 4-6,5 м, оборудован ных клетевыми подъемами.

3.1.3. Блочные армировки Перспективным направлением совершенствования конструкций ар мировки глубоких шахт с высокой интенсивностью подъема является ис пользование в качестве несущих элементов блочных расстрелов. Посред ством замены плоской конструкции яруса пространственной и рациональ ного расположения облегченных элементов, достигаются весьма высокие прочностные и деформационные параметры работы армировки и значи тельное сокращение капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

Учеными и инженерами КГРТИ, Южгипрошахта, НИИОМШСа и др.

[16, 17, 21, 36, 45] разработаны конструкции блочных армировок для кле тевых и скиповых стволов с высокой интенсивностью подъема. Так для клетевого ствола диаметром 6,5 м предложена блочная армировка в виде двух параллельных П-образных рам (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Конструкция блочной армировки клетевого ствола с П-образными расстрелами Для создания равнопрочного стыка в месте крепления проводников между П-образными рамами предусмотрены стойки из уголков профиля 16016012 мм. Проводники клети размещены снаружи, а проводники противовеса установлены внутри П-образных рам.

Для скипового ствола диаметром 7 м разработана конструкция блоч ной армировки с V-образными расстрелами (рис. 3.9), состоящая из четы рех отдельных блоков – узлов.

Каждый блок представляет собой пространственную конструкцию в виде двух параллельных V-образных консольных рам из коробчатого про филя 21013816 мм. Вертикальные и горизонтальные связи изготовляют ся из уголка 10010012 мм. Проводники коробчатые. Под воздействием эксплуатационных нагрузок несущие элементы блока работают в основном в режиме растяжения, что повышает их жесткость и значительно снижает воздействие крутящих моментов на крепь в месте заделки расстрела.

Рис. 3.9. Конструкция блочной армировки скипового ствола с V-образными расстрелами Институтом «Южгипрошахт» в типовых материалах для проектиро вания [91], кроме традиционных многорасстрельных схем армировки, раз работаны прогрессивные комбинированные (расстрелы и консоли) и без расстрельные схемы армировки. Последние рекомендуются для перспек тивного применения в опытном порядке.

Разработанные типовые материалы стали основой для применения в горнодобывающей промышленности комбинированных армировок, с кре плением проводников подъемных сосудов на расстрелах, а противовесов – на консолях.

Проведенные испытания [36] показали, что блочные конструкции армировки имеют большую в 3-5 раз несущую способность и жесткость по сравнению с традиционными расстрелами, а узлы крепления с помощью анкеров обеспечивают надежное закрепление расстрелов к стенкам ствола.

Кроме того практически все процессы при монтаже армировки выполня ются механизированным способом. Достоинствами блочной армировки является также возможность крупноблочного монтажа на поверхности шахты путем соединения в один 12-метровый блок пространственных и плоских опорных конструкций с проводниками. Вместе с тем при длинных консолях блоки с учетом обеспечения необходимой несущей способности являются металлоемкими и сложными в изготовлении по сравнению с рас стрелами. Выигрыш в монтаже зависит от общего числа элементов арми ровки, мест крепления к крепи и других факторов.

3.2. Технические предложения по унификации схем и конструкций безрасстрельной армировки Выбор типов стволов, их количество и расположение определяется проектом вскрытия и разработки конкретного месторождения полезного ископаемого. Основными критериями при проектировании стволов шахт с их функциональным назначением должны являться: высокая надежность элементов армировки и подъемных сосудов при минимальных затратах на проветривание шахты, на изготовление и монтаж металлоконструкций и ремонтные работы во время эксплуатации.

В настоящее время в угольной промышленности проектирование и строительство стволов шахт производится на основании типовых техниче ских решений, разработанных головными институтами [24, 27, 39, 54, 77, 89, 90, 91].

Типовые сечения стволов ориентированы на действующие схемы расположения подъемных комплексов. Существенных изменений в облас ти проектирования и разработки подъемных сосудов и в компоновке по верхности не ожидается. Поэтому разработка новых схем армировки должна осуществляться на основании ныне действующих схем подъемов.

Широкое распространение получили типовые сечения стволов Юж гипрошахта [91], которыми определены следующие параметры:

– диаметр стволов;

– глубина стволов;

– число и тип подъемов в стволе;

– число и тип подъемных сосудов в стволе;

– сечение расстрелов и проводников;

– расположение проводников относительно подъемных сосудов.

Эти параметры ныне действующих сечений вертикальных стволов в качестве исходных данных были положены в основу разработки альтерна тивного ряда схем безрасстрельных армировок.

При разработке указанного ряда схем были использованы графиче ские методы, учитывающие габариты подъемных сосудов;

конструкцию их направляющих устройств;

зазоры, регламентируемые Правилами безопас ности [55];

направление загрузки-разгрузки подъемных сосудов на гори зонте и поверхности.

Кроме того ставилась задача снижения металлоемкости конструк ции армировки и уменьшения аэродинамического сопротивления ствола путем рационального расположения элементов конструкции в сечении.

Рекомендуемые сечения клетевых стволов с безрасстрельной (ма лорасстрельной) армировкой, разработанные авторами под руководством проф. Ф.И. Ягодкина на основе типовых материалов для проектирования [91], приведены на рис. 3.10 – 3.16;

скиповых стволов – на рис. 3.17 – 3.19.

Основные геометрические параметры безрасстрельных конструкций арми ровки для предусмотренных типовыми схемами, а также для теоретически возможных диаметров стволов приведены в табл. 3.2 – 3.11. Характеристи ки разработанных сечений и армировки клетевых и скиповых стволов и подъемов приведены соответственно в табл. 3.12 и 3.13.

Анализ приведенных сечений стволов показывает, что все консоль ные расстрелы, входящие в разработанный альтернативный ряд безрас стрельных схем могут быть решены как консоли с распором под некото рым углом, изменяющимся от 0° (чисто консольная армировка) до 90° (консольно-распорная армировка). Длина консольных расстрелов может изменяться от 292 до 2290 мм. Схемы консолей, входящих в предлагаемый ряд, приведены на рис. 3.20.

Приведенные схемы предусматривают крепление элементов арми ровки анкерами, причем опорная плита плотно прижимается анкерами к стенке ствола, а возможность регулирования длины консоли в случае ра диального отклонения крепи ствола от проектного положения обеспечива ется составной конструкцией консоли.

Конструктивно консольные расстрелы представляют собой метал лические 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 анкерами к бетонной крепи ствола. Второй отрезок консоли крепится к жестко установленному с помощью болтовых соединений, причем отверстия под болты имеют форму овала, вытянутого в направлении продольной оси балки, что позво ляет регулировать положение консоли. Необходимая величина регулиро вания определена на основе анализа статистических данных по радиаль ным отклонениям стволов (см. п. 3.5) при разработке технологии армиро вания стволов такими конструкциями.

Возможные конструктивные решения регулируемых консольных расстрелов приведены на рис. 3.21.

Рис. 3.10. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-1б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-1б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 (типовые) ствола d, мм ;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = b1 = (типовой) – b2 = а = d = 7000 b1 = 1760 b1 = а = 2500 b2 = 1200 b2 = d = 8000 b1 = 2290 b1 = а = 2500 b2 = 1730 b2 = Рис. 3.11. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-2б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-2б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 (типовые) ствола d, мм ;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = b1 = 1262 b1 = (типовой) b2 = 1432 b2 = а = d = 8000 b1 = 1758 b1 = а = 2400 b2 = 1947 b2 = Рис. 3.12. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-3б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-3б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 (типовые) ствола d, мм;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = 6000 b1 = – а = 2500 b2 = d = b1 = 1350 b1 = (типовой) b2 = 1619 b2 = а = d = 8000 b1 = 1899 b1= а = 2500 b2 = 2099 b2= Рис. 3.13. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-4б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-4б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 (типовые) ствола d, мм ;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = b1 = (типовой) – b2 = а = Рис. 3.14. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-5б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-5б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 52001600 (типовые) ствола d, мм;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = 6000 b1 = – а = 2500 b2 = d = 7000 b1 = 1350 b1 = а = 2500 b2 = 1619 b2 = d = b1 = 1899 b1 = (типовой) b2 = 2099 b2 = а = Рис. 3.15. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-6б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-6б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 (типовые) ствола d, мм ;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = b1 = (типовой) – b2 = а = d = 7000 b1 = 1760 b1 = а = 2500 b2 = 1200 b2 = d = 8000 b1 = 2290 b1 = а = 2500 b2 = 1730 b2 = Рис. 3.16. Схема безрасстрельной армировки клетевого ствола К-7б Таблица 3. Геометрические параметры схемы К-7б Тип клети, 1НВ400-9,0;

1НВ520-15,0;

габариты, мм 2НВ400-15,0 2НВ520-15, Диаметр 40001500 (типовые) ствола d, мм ;

Геометрические параметры, мм Расстояние а, мм d = 6000 b1 = 1003 b3 = – а = 2500 b2 = 915 b4 = d = b1 = 1558 b3 = 1058 b1 = 1608 b3 = (типовой) b2 = 1673 b4 = 1173 b2 = 1723 b4 = а = d = 8000 b1 = 2096 b3 = 1596 b1 = 2146 b3 = а = 2500 b2 = 2196 b4 = 1696 b2 = 2246 b4 = Рис. 3.17. Схема безрасстрельной армировки скипового ствола С-1б Таблица 3. Геометрические параметры схемы С-1б Габариты 2 скипа скипов, мм 1 скип Диаметр с противовесом ствола d, мм Геометрические параметры, мм b1 = d = b2 = (типовой) b3 = b1 = d = 7000 b2 = b3 = b1 = d = 8000 b2 = b3 = Рис. 3.18. Схема безрасстрельной армировки скипового ствола С-2б Таблица 3. Геометрические параметры схемы С-2б Габариты 4 скипа скипов, мм Диаметр Геометрические параметры, мм ствола d, мм d = 6000 – b1 = d = 7000 b2 = (типовой) b3 = b4 = b1 = b2 = d = b3 = b4 = Рис. 3.19. Схема безрасстрельной армировки скипового ствола С-3б Таблица 3. Геометрические параметры схемы С-3б Габариты 2 скипа скипов, мм 2 скипа Диаметр ствола d, мм Геометрические параметры, мм d = 6000 – d = 7000 b1 = (типовой) b2 = b1 = d = b2 = Таблица 3. Характеристики сечений и безрасстрельной армировки клетевых стволов и подъемов Тип Тип рас подъемов ствола, м ствола, м Диаметр Глубина № Число клетей Число Тип про- стрелов Расположение схе- и их размеры подъема водни- (консо- проводников мы в плане, мм ков лей) Сечения широкого применения 2 клети Короб- Боковое односто Рельсо- чатые роннее - для кле 40001500, Однока К-1б 6 2 клеть аварийно- 700 вые тей;

лобовое од натный Р43 ностороннее – для ремонтного 10 противовесов подъема Однока- Боковое односто Рельсо- Короб натный, роннее – для кле чатые 2 клети 700;

вые К-2б 7 2 много- тей;

лобовое дву 1400 Р43, канат- стороннее – для Р ный противовесов Короб- Короб 700;

чатые чатые 2 клети 7 К-3б То же То же 1400 170160 12 Боковое односто Рельсо- Короб роннее – для кле чатые 3 клети 700;

вые К-4б 8 2 То же тей;

лобовое од 1400 Р43, ностороннее - для Р противовесов Короб- Короб- Боковое односто Много- роннее – для кле чатые чатые 2 клети К-5б 8 2 канат- 1400 тей;

лобовое дву 170160 ный стороннее – для 12 противовесов Сечения ограниченного применения Боковое односто 2 клети роннее – для кле Короб 40001500, тей 40001500;

чатые клеть аварий- Однока- Рельсо- лобовое двусто К-6б 6 2 натный вые Р43 170104 роннее – для кле но ремонтного ти аварийно подъема ремонтного подъема Короб Рельсо- чатые К-7б 7 2 То же То же 700 То же вые Р43 Таблица 3. Характеристики сечений и безрасстрельной (малорасстрельной) армировки скиповых стволов и подъемов Тип рас ствола, м ствола, м Диаметр Глубина № Подъемные сосуды Тип Число Тип стрелов схе и их размеры провод подъемов подъема (консо мы в плане, мм ников лей) Сечения широкого применения 2 скипа вм.11;

15 м3;

Один угольный, (22301740) Однока- Рельсо- Двутавр С-1б 6 1 скип вм.7;

9,5 м один по- натный вые Р43 27Са родный (18501540) Один Короб- Короб Однока угольный, 4 скипа вм.11;

15 м3;

чатые чатые натный, 700;

С-2б 7 один уголь многока- 1400 172160 (22301740) но 12 натный породный Один 2 скипа вм.25;

35 м3;

Короб- Короб Однока угольный, чатые чатые (23501900) 2 скипа натный, 700;

С-3б 7 один уголь вм.11;

15 м3;

многока- 1400 200190 но 12 натный (22301740) породный Таким образом, на основе действующих типовых сечений вертикаль ных стволов Южгипрошахта был разработан альтернативный ряд сечений с безрасстрельными (малорасстрельными) армировками, включающий 7 наиболее распространенных сечений клетевых и 3 сечения скиповых стволов и определены основные геометрические характеристики разрабо танных сечений.

а) б) в) Рис. 3.20. Схемы консолей и их основные геометрические параметры:

а – консоль с распором под углом = 90°;

б – консоль с распором под углом 90°;

в – одинарная консоль ( = 0°);

1,2 – точки крепления проводников Рис. 3.21. Конструкции регулируемых консолей:

а, б – для консоли из двутавра;

в, г – для консоли из коробчатого профиля;

1 – анкер;

2 – опорная плита;

3 – ребро жесткости;

4 – фланцевая накладка;

5 – телескоп;

6 – консоль;

7 – болт;

8 – накладка Предложенные конструктивные решения консолей обеспечивают регулировку их положения в горизонтальной плоскости вдоль продольной оси консоли и двойную регулировку вдоль и поперек оси.

3.3. Исследование параметров безрасстрельной армировки на конечно-элементной модели 3.3.1. Построение конечно-элементной модели консольно-распорной армировки Для оценки жесткости безрасстрельных армировок и исследования возникающих под действием внешних нагрузок напряжений и деформаций элементов армировки авторами была разработана пространственная ко нечно-элементная модель консольно-распорной армировки. (рис. 3.22).

Для более точного соответствия реальной конструкции в модель включены 3 связанных между собой яруса такой армировки. На модели рассматрива ется нагружение среднего яруса в момент передачи на него силовых воз действий от движущегося подъемного сосуда, при этом оценивается наи более тяжелый случай работы безрасстрельной армировки, когда к каждой консоли крепятся два проводника.

В качестве исходных данных для построения модели взяты основные параметры схемы К-2б из альтернативного ряда безрасстрельных армиро вок (рис. 3.11): профиль консоли и распора – двутавр № 27С, профиль про водника – рельс Р43, шаг армировки – 4168 мм, длина консоли – 1200 мм, длина распора – 887 мм.

Построение конечно-элементной модели и расчет параметров конст рукции произведены с помощью компьютерного вычислительного ком плекса «Зенит».

Построение модели включает в себя следующие основные этапы:

1) Выбор системы и начала координат и ориентация осей координат в пространстве. Для построения модели используется прямоугольная трехмерная система координат, начало которой совпадает с точкой креп ления к консоли проводника, наиболее удаленного от заделки. Для боль шей наглядности и соответствия реальной конструкции модель ориентиро вана в пространстве следующим образом: каждый ярус (консоль с распо ром) расположен в своей горизонтальной плоскости XY, а проводники на правлены параллельно вертикальной оси Z.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 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.