авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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 |

Обоснование технологиивозведения бетонной крепи вертикальных стволов сотставанием от забоя большими заходками

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Меренкова Наталья Викторовна

Обоснование технологиивозведения бетонной крепи вертикальных стволов
сотставанием от забоя большими заходками

Специальность
25.00.22 –«Геотехнология (подземная, открытая истроительная)»

Автореферат
диссертации на соискание ученойстепени
кандидататехнических наук

Новочеркасск – 2011

Работа выполнена вШахтинском институте (филиале)Государственного образовательногоучреждения высшего профессиональногообразования «Южно-Российскийгосударственный технический университет(Новочеркасский политехническийинститут)» на кафедре «Подземное,промышленное, гражданское строительство истроительные материалы».

Научныйруководитель: доктор технических наук,профессор

Страданченко СергейГеоргиевич

Официальныеоппоненты: доктор техническихнаук

Савин Игорь Ильич

кандидат техническихнаук

Нечаенко ВикторИванович

Ведущая организация– федеральноегосударственное автономноеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования«Белгородский государственныйнациональный исследовательскийуниверситет» (НИУ «БелГУ»)

Защита состоится «17»июня 2011 г. в 1000часов на заседании диссертационногосовета Д 212.304.07 при Южно-Российскомгосударственном техническом университете(Новочеркасском политехническоминституте) по адресу: 346428, г. Новочеркасск,ул. Просвещения, 132, ЮРГТУ (НПИ), аудитория107, тел./факс: (863-52) 2-84-63, email: ngtu@novoch.ru.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке ЮРГТУ (НПИ)(г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132).

Автореферат разослан « 16» мая 2011 г.

Ученыйсекретарь диссертационного совета

М.С.Плешко

Общаяхарактеристика работы

Актуальностьтемы. Основными вскрывающимивыработками большинства горнодобывающихпредприятий являются вертикальные стволы,связывающие подземные добычные горизонтыс земной поверхностью. Себестоимостьстроительства современных глубокихвертикальных стволов составляет сотни млн.руб., продолжительность сооружениядостигает 5 - 6 лет и более, а срокэксплуатации –60 - 80 лет. В процессе работы ствол взависимости от назначения долженобеспечивать безаварийную выдачуполезного ископаемого и породы,спуск-подъём людей, материалов,оборудования, необходимый режимвентиляции и др. Остановка шахтного илигорнорудного подъема приводит кзначительным убыткам, поэтому особеннуюважность приобретает высокаяэксплуатационная надежность конструкцийствола, основной из которых являетсякрепь.

В настоящее времякрепление стволов в нашей странеосуществляется по совмещеннойтехнологической схеме, характеризующейсявозведением монолитной бетонной крепивслед за подвиганием забоя стволазаходками высотой 3 - 4 м со спуском бетонапо трубопроводам. Эта технология имеет рядсущественных недостатков: низкое качествобетона вследствие его расслаивания вовремя спуска по трубам; наличие «холодных»швов между заходками, через которые в стволпопадает основной объем остаточныхводопритоков; воздействие на незатвердевший бетон крепи взрывных работ иинтенсивного деформирования пород впризабойной зоне, приводящих к образованиюв крепи систем трещин и др. Их влияниеприводит к снижению работоспособности идолговечности крепи и особенно сильнопроявляется в глубоких вертикальныхстволах, объем строительства которых внашей стране постоянноувеличивается.

Неслучайно, обследованияглубоких стволов, выполненные научными ипроектными организациями, говорят о том,что более 50% из них имеют поврежденияразличной тяжести, проявляющиеся как ввиде систем вертикальных и горизонтальныхтрещин в бетоне, так и в виде вывалов иразрушений крепи на больших площадях.Количественный анализ показывает, чтопомимо негативного влияниягорно-геологических факторов околополовины нарушений и повреждениймонолитной бетонной крепи обусловленопроектными и технологическими факторами,и, прежде всего, повсеместным применениемсовмещенной схемы проходки вертикальныхстволов.

Вследствие этогодальнейшее совершенствование технологиикрепления вертикальных стволов,направленное на увеличениеработоспособности и сроков безремонтнойработы крепи, является актуальной задачейсовременного шахтногостроительства.

Передовой отечественныйопыт монолитного строительства изарубежный опыт проходки стволов фирмамиГермании, ЮАР показывает, что значительныерезервы по повышению качества идолговечности монолитной бетонной крепивозникают при применении высокопрочныхбетонов на основе эффективных химическихдобавок и модификаторов, а также переходена технологии крепления стволов сотставанием возведения крепи от забоя иконтейнерной доставкой бетонной смеси.Положительный эффект достигается приреализации схем непрерывногобетонирования, увеличении высоты заходок иповышения качества стыков между ними.Однако широкое внедрение этих техническихи технологических решений в нашей странесдерживается недостаточнойразработанностью ряда теоретических ипрактических аспектов, связанных стехнологией возведения и последующейработой крепи стволов.

Диссертационная работавыполнена в рамках темы НИР 17.05«Исследование геомеханических процессовподземного пространства, влияние этихпроцессов на сопутствующие среды и земнуюповерхность», выполняемой в Шахтинскоминституте (ф) ЮРГТУ (НПИ) по заданиюФедерального агентства по образованию,госбюджетной темы кафедры «Подземного,промышленного, гражданского строительстваи строительных материалов» П53-801«Разработать средства и способы крепленияи охраны горных выработок и обеспечениябезопасности труда на горных и строящихсяпредприятиях», а также Федеральной целевойпрограммы «Научные инаучно-педагогические кадры инновационнойРоссии» (государственный контракт14.740.11.0427).

Цель работы: обоснование технологии возведениябетонной крепи вертикальных стволов сотставанием от забоя большими заходками,направленной на повышение ееэксплуатационных свойств и сроковбезремонтной работы.

Идея работы: повышение эксплуатационных свойстви сроков безремонтной работы бетоннойкрепи вертикальных стволов достигаетсяпереходом на технологию крепления сотставанием возведения крепи от забояствола заходками 8 - 12 м при обоснованныхпараметрах бетонирования и учете на стадиипроектирования негативных процессов,развивающихся в системе «постоянная крепь– временнаякрепь –породный массив» во времяэксплуатации.

Методыисследования. В работеиспользован комплексный методисследований, включающий определениефактической прочности крепи стволов вшахтных условиях методом ударногоимпульса, численное моделирование методомконечных элементов объемной задачивзаимодействия крепи с массивом пород,аналитические методы механики подземныхсооружений, лабораторные испытания бетона,статистическую обработку результатовлабораторных испытаний и шахтныхисследований, корреляционный анализ,технико-экономический анализ.

Защищаемые научныеположения:

1. При строительстве иэксплуатации ствола во внешних слояхмонолитной бетонной крепи и на стыкахзаходок возникают ослабленные участки,приводящие к развитию в крепирастягивающих радиальных напряжений,нелинейно возрастающих от средней части ккраю заходки, а также к снижению до 20%несущей способности крепи.

2. Увеличение высотызаходки высокопрочной бетонной крепи в 2 - 3раза при обоснованных срокахбетонирования и распалубки, учитывающихглубину ствола, производительностьпроходческого подъема, температурубетонной смеси и пород в месте крепления,позволяет уменьшить количествоослабленных участков в крепи имаксимальные величины отклонений еепрочности от проектной.

3. При возведениимонолитной бетонной крепи с отставанием отзабоя ствола заходками высотой 8 - 12 мнаиболее опасными являются срезающиенапряжения в опорном слое бетона, величинакоторых определяется величиной давлениясвежеуложенного бетона и нелинейнозависит от высоты опорного слоя иотношения модулей сдвига бетона ивмещающего массива.

4. Послеисчерпания несущейспособности временной анкерной крепи ствола на постояннуюкрепь передаются дополнительныенагрузки, которые определяются в зависимости от деформационныххарактеристик крепи и пород,длины иплотности установки анкеров,величины отставания возведениякрепи отзабоя идолжны учитываться на стадии проектированиядля обеспечения необходимогозапаса прочности конструкциипри длительной эксплуатации.

Научная новизна работызаключается вследующем:

1. Произведенаколичественная оценка отклоненийпрочности бетона крепи стволов отпроектной во внешних слоях и на стыкахзаходок, с учетом которой установленызакономерности фактическогораспределения напряжений в крепи по высотезаходки и изменения ее несущейспособности.

2. Обоснованы параметрывысокопрочной бетонной крепи стволов иэффективной технологии ее возведения,позволяющие определить необходимые срокибетонирования и распалубки, учитывающиеизменение температурного режима бетона впроцессе крепления.

3. Получены расчетныезависимости по определению максимальныхнапряжений среза в бетоне опорного слоямонолитной бетонной крепи для различныхдиаметров стволов, учитывающие давлениесвежеуложенного бетона, высоту опорногослоя, соотношение модулей сдвига бетона иокружающих ствол пород.

4. Разработана методикапредварительной оценки величиндополнительных нагрузок на постояннуюкрепь стволов и запаса ее прочности настадии исчерпания несущей способностивременной крепи в процессе длительнойэксплуатации.

Достоверность научныхположений, выводов ирекомендаций подтверждается: статистическизначимым объемом шахтных и лабораторныхисследований(выполнено 1200 замеров фактическойпрочности монолитной бетонной крепи стволов в 40 заходках,исследовано около 200 образцовбетона);высокими значениями коэффициентовкорреляцииполученных автором корреляционныхзависимостей (не менее 0,91); сочетаниемтеоретических и экспериментальныхисследований с использованиемапробированных методик и фундаментальныхположений механики сплошной среды,механики подземных сооружений,математической статистики;инженерно-техническими проработками ивнедрением.

Научноезначение работы. Полученные в работерезультаты развивают и дополняют теоретическиеположения известных методов обоснованияпараметровмонолитной бетонной крепи,возводимой сотставанием от забоя ствола, с учетом влияниятехнологии работ и негативных процессовдлительной эксплуатации.

Практическое значениеработы:

  • обоснованымодифицированные составы бетона крепивертикальных стволов с высокимиэксплуатационными свойствами иразработаны рекомендации по определениюнеобходимых сроков доставки бетоннойсмеси к стволу и распалубки крепи;
  • разработана методикаобоснования параметров бетонной крепистволов, возводимой с отставанием от забоя,с учетом стадии исчерпания несущейспособности временной крепи придлительной эксплуатации;
  • предложенытехнологические схемы крепления стволовбольшими заходками, обеспечивающиевысокую работоспособность крепи придлительной эксплуатации.

Реализация работы.Основные результаты работыиспользованы ОАО «Ростовшахтострой» при разработке проектастроительства Северного вентиляционногоствола № 2 ОАО «Гайский ГОК».

Апробация работы. Результаты диссертационной работыдоложены на международных научныхсимпозиумах и конференциях: «Неделягорняка» (Москва, 2006 - 2010 гг.);«Совершенствование технологиистроительства шахт и подземныхсооружений», (ДонНТУ, 2006, 2009 г.); 53 - 59 научныеконференции Шахтинского института(филиала) ЮРГТУ (НПИ) (г. Шахты, 2004 - 2010 гг.).

Публикации. По результатам выполненныхисследований опубликовано 11 научных работ,в том числе 4 статьи в ведущихрецензируемых научных журналах и изданиях,определенных ВАК МинобрнаукиРоссии.

Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, спискаиспользованных источников из 160 наименованийи 2 приложений.Содержит 176 страниц машинописноготекста, 60 рисунков и 26 таблиц.

Основноесодержание работы

Основополагающиерезультаты по геомеханике массивов горныхпород и проектированию параметров крепивертикальных стволов полученыК.А. Ардашевым, Б.З. Амусиным, И.В.Баклашевым, Ф.А.Белаенко, В.А. Борисовцом, Н.С.Булычевым, Ю.З. Заславским, В.Н.Каретниковым, Б.А. Картозия, А.М. Козелом,Г.А. Крупенниковым, А.П. Максимовым, Н.М. Покровским, А.Г.Протосеня, А.А. Репко, К.В.Руппенейтом, Н.Н. Фотиевой, имногими другими учеными.

Вопросамсовершенствования технологии проходки икрепления стволов посвящены работы А.Г.Гузеева, О.С. Докунина, И.Г. Коскова, В.В.Левита, Н.М. Покровского, А.А. Пшеничного,С.В. Сергеева, И.С. Стоева, П.С. Сыркина, Р.А.Тюркяна, И.Г. Шинкаря, Ф.И. Ягодкина идр.

На основании выполненныхфундаментальных работ был создан комплекснормативных документов в областипроектирования и строительства стволов,разработаны технологические схемыпроходки и способы крепления вертикальныхвыработок. Рассмотрим их основныеособенности.

В настоящее время вРоссии повсеместное распространениенезависимо от горно-геологических условийстроительства получила совмещенная схемапроходки с возведением крепи вслед заподвиганием забоя ствола. При расчетекрепи в основном применяется схемаконтактного взаимодействия крепи ипородного массива в рамках плоской задачи.Следует отметить, что еерешение представляет собойчастный случай оценкинапряженно-деформированного состоянияэлементов с заданными проектнымипараметрами (толщина, прочность, модульдеформации бетона крепи; прочность, модульдеформации пород и др.) в конкретныхусловиях. При этом не учитываетсяполностью влияние на работоспособностькрепи технологии крепления и возможных еенарушений, несоблюдения проектныхпараметров конструкций, ухудшениекачества материала крепи и снижение еенесущей способности в процессеэксплуатации и др.

Пренебрежение этимифакторами может привести к уменьшениюсроков безремонтной работы крепи инеобходимости проведения дорогостоящегоремонта.

Так в работах М.В.Прокоповой и О.Г. Быковой установлено, чтоопределение параметров монолитнойбетонной (железобетонной) крепи должнопроизводится с учетом радиальныхотклонений стенок крепи ствола отпроектного положения, изменения формы еесечения и толщины, связанных сособенностями технологии ведения работ,диаметром и глубиной ствола. Максимальныенапряжения в крепи, вызванные даннымиотклонениями, могут превышать средниезначения на 10 - 20% и более.

На наш взгляд не менеесущественное значение имеет учетвозможной вариативности прочностныхсвойств материала крепи и возникающих вней зон ослаблений, в частности «холодных»швов. Закономерности их влияния на несущуюспособность крепи нуждаются в дальнейшемизучении.

Проф. Н.С. Булычевым былопредложено при совмещенной схеме проходкистволов рассматривать в качествеотдельной стадии взаимодействиетвердеющей монолитной бетонной крепи сдеформирующимся массивом пород впризабойной зоне. Установлено, что наиболееинтенсивному воздействию подвергаетсяближайшая к забою заходка крепи в моментснятия опалубки. Это необходимо учитыватьпри проектировании для предотвращенияобразования нарушений и ухудшениякачества бетона.

В то же время при схемах проходки с отставаниемвозведения постоянной крепи от забояствола, широко применяемых в зарубежнойпрактике и по ряду параметров существенноболее эффективных чем совмещенныетехнологии, реализуется несколько иноймеханизм взаимодействия крепи и породногомассива в призабойной зоне, нуждающийся вдальнейшем изучении.

Кроме того, возникаетзадача обеспеченияустойчивости обнаженных пород довозведения постоянной крепи, которая можетбыть решена применением временной крепиили предварительным упрочнением пород.Обоснование параметров упрочненияокружающих горные выработки пород ивременной крепи выполнено в работах И.В.Баклашова, А.А. Борисова, Н.С. Булычева, Ю.В.Буркова, Б.А. Картозия, Э.Я. Кипко, А.М.Козела, Г.И. Кравченко, Г.Г. Литвинского,Ю.А. Полозова,М.С. Плешко, С.П. Сыркина, Н.Н. Фотиевой, Ф.И.Ягодкина и др. Однако в них осталисьнерассмотренными вопросы длительноговзаимодействия постоянной крепи,возведенной с отставанием от забоя ствола,с временной крепью и упрочненным породныммассивом при эксплуатации вертикальнойвыработки с учетом возможных измененийсвойств взаимодействующихэлементов.

Не менее важным аспектомявляется обоснование высокоэффективныхсоставов бетона крепи. Исследования в этойобласти выполнены в работахС.В. Борщевского, О.С. Докунина, И.Г. Коскова,В.В. Левита, С.П. Сыркина, Ф.И. Ягодкина, М.С.Плешко и др. ученых. В то же время рядразработок устарел, а также непредусматривал обоснование оптимальныхпараметров технологии крепления, вчастности высоты заходки, способов исроков транспортирования бетона,распалубки и др.

В целом недостаточнаяразработанность отмеченных вышетеоретических и практических аспектовсдерживает широкое внедрение в нашейстране прогрессивных схем креплениястволов с отставанием возведенияпостоянной крепи от забоя, позволяющихобеспечить высокое качество идолговечность крепи, одновременностьвыполнения основных проходческихпроцессов, снижение затрат и повышениебезопасности эксплуатации стволов. Исходяиз этого, и в соответствии с поставленнойцелью, в работе необходимо решитьследующие задачи:

  1. Выполнить оценкуфактической прочности монолитной бетоннойкрепи вертикальных стволов с учетомвлияния технологических иэксплуатационных факторов.
  2. Разработатьвысокоэффективные составы бетонов длякрепления вертикальных стволов иобосновать параметры бетонирования сучетом комплекса влияющихтехнологических, горно-геологических иприродно-климатических факторов.
  3. Выполнить анализгеомеханического взаимодействия крепи,возведенной с отставанием от забоя стволабольшими заходками, с породным массивом впериод строительства и эксплуатациивертикальной выработки сучетом возможных изменений и отклоненийсвойств взаимодействующихэлементов.
  4. Разработатьтехнологические схемы возведениямонолитной бетонной крепи стволов свысокими эксплуатационными свойствами ивыполнить технико-экономическую оценкупредлагаемых решений.

Для оценки фактическойпрочности монолитной бетонной крепи ианализа влияющих факторов выполненышахтные исследования вовспомогательном вертикальном стволерудника «Айхал» АК «Алроса». С учетом технологии работизмерения прочности методом ударногоимпульса в пределах каждой заходкипроводились с проходческого полка в двухзонах: 1 – всредней части заходки; 2 – вблизи границызаходки на расстоянии до 10 - 15 см от«холодного» шва.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.