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:     | 1 || 3 |

Обоснование технологиивозведения бетонной крепи вертикальных стволов сотставанием от забоя большими заходками

-- [ Страница 2 ] --

На основаниистатистической обработки данных по 1200замерам в 40 заходках крепи установлено, чтофактическая прочность бетона на сжатиезначительно ниже прочности образцов,определенной в лабораторных условиях.Среднее отклонение составило 28,9%. В зоне«холодного» шва наблюдается еще большееснижение прочности бетона по сравнению собычным участком, составившее в среднем37,6%, а по отношению к средней частипрочность бетона меньше в среднем на 12,3%(рис. 1).

 Рис. 1. Фактическаяпрочность монолитной бетонной крепи встволе: 1 -2

Рис. 1. Фактическаяпрочность монолитной бетонной крепи встволе:

1 – в средней частизаходки крепи; 2 – в зоне «холодного» шва

На основанииполученных данных выполнен вычислительныйэксперимент по моделированиювзаимодействия системы «крепь – породный массив»при наличии в конструкции крепи шва междузаходками и примыкающей к нему зонысниженной прочности бетона, которыйпоказал, что наличие зоны ослабленияприводит к возникновению в крепи стволанебольших изгибающих деформаций смаксимумом в области контакта зонсниженной и обычной прочности. Вследствиеэтого в крепи возникают растягивающиерадиальные напряжения, нелинейновозрастающие от центральной части к краюзаходки с достижением максимума на границеконтакта областей нормальной и сниженнойпрочности бетона (рис. 2). Они могут привестик образованию трещин и снижениюдолговечности крепи, что часто наблюдаетсяна практике.

Визуальный осмотрнижней грани заходок крепи в забое стволатакже выявил неоднородностьбетона по толщине крепи. Вследствиевымывания цементных частиц на границе свмещающими породами, внешний слой колецкрепи толщиной до 5 - 10 см выглядит как бетоннизкого качества (меньшее содержаниецементного камня, наличие систем трещин,обнажение крупного заполнителя).

Для более точнойколичественной оценки эффектанеоднородности бетона крепи вследствиевоздействия шахтных вод выполненлабораторный эксперимент с помощьюустановки для определенияводонепроницаемости бетона.

 Рис. 2. Изменениеглавных радиальных напряжений в бетоннойкрепи по высоте -3

Рис. 2. Изменениеглавных радиальных напряжений в бетоннойкрепи по высоте заходки при наличии зонысниженой прочности (растягивающиенапряжения приняты положительными)

Средняя прочностьобразцов бетона на сжатие обычногосостава, подвергнутых воздействию воды вначальный период твердения, оказалась на14,6% меньшечем у контрольных.Максимальноезафиксированное вымывание цементногокамня соткрытой стороны образца – 9,3 см. В тоже времядля исследованных быстротвердеющихвысокопрочныхсоставов бетона снижение прочности оказалось в 2,1 - 2,3 разаменьше.

Анализ влияниянеоднородности крепи по ее сечениюпоказал, что при образовании в монолитнойбетонной крепи внешнего ослабленного слояее несущая способность уменьшается до 20%.Величина снижения несущей способностикрепи линейно возрастает при увеличениитолщины ослабленного слоя и уменьшениипрочности бетона в нем. Для учета этогоэффекта при проектировании крепи можетиспользоваться при отсутствии точныхданных дополнительный коэффициент красчетной прочности бетона, равный 1,2(Rb/1,2).

Порезультатам данных исследований сформулированопервое научное положение и сделан вывод о сложности обеспечениявысоких эксплутационных свойств крепи стволов при применениисовмещенной схемы проходки иобычных составов бетона.

Проблема «холодных»швов может быть решена при переходе насхемы возведения крепи большими заходкамис отставанием от забоя ствола. Даже принеизменном качестве стыков междузаходками увеличение их высоты до 8 мпозволяет уменьшить относительнуюпротяженность зон растягивающихнапряжений в крепи по высоте ствола с 17,5% до7,5%, а при высоте заходки 12 м – до 5%. Эффектвозникновения неоднородности материалакрепи по ее сечению уменьшается прииспользовании высокопрочных бетоновускоренного твердения.

Для обоснованияпараметров бетона крепи, возводимой сотставанием от забоя ствола, выполненкомплекс лабораторных исследований, врезультате которых разработаныэффективные составы бетона классов В30, В35,В40 с включением модификаторовполифункционального действия длякрепления вертикальных стволов со спускомбетона в контейнерах. Испытания показали,что они обладают высокимиэксплуатационными свойствами: прочностьюна сжатие до 56,1 МПа, на растяжение приизгибе – до 3,1МПа; быстрым набором прочности (до 20 МПа ввозрасте 1 сут.); высокойводонепроницаемостью (марки W10 - W14),коррозионной стойкостью идолговечностью.

Получены корреляционныезависимости по определению прочностимодифицированного бетона на растяжениепри изгибе и начального модуля упругости взависимости от прочности на сжатие:

; (1)

Коэффициенты корреляциисоставляют соответственно 0,94 и 0,93.

В тоже времясущественное влияние на проектныепараметры высокопрочного бетона крепи пристроительстве ствола оказываютгорно-геологические,природно-климатические и технологическиефакторы.

Установлено, чтомодифицированная бетонная смесь вдиапазоне температур 10 - 30 0С сохраняетподвижность в течение 1,5 - 2,5 часов, послечего происходит резкое снижение величиныосадки конуса с последующим началомсхватывания. Интенсивность сниженияподвижности в этот период увеличиваетсяпри уменьшении отношения массымодификатора к массе цемента. На основанииполученных данных определены максимальныесроки транспортирования бетонной смеси кстволу, учитывающие также глубину спускабетона, Нсп и вместимостьконтейнера, Q при средней скорости егоспуска и производительности укладкибетона за опалубку (рис. 3).

 Рис. 3. Расчетнаяпродолжительность доставки бетонной смесик стволу при-6

Рис. 3. Расчетнаяпродолжительность доставки бетонной смесик стволу
при еетемпературе 100С и различной вместимостиконтейнеров

Отклонение температурытвердения бетона от нормальной такжеприводит к значительному изменениюскорости набора прочностимодифицированного бетона, при этом влияниетемпературного фактора уменьшается свозрастом бетона.

На основе уравнения теплового баланса Б.Г.Скрамтаева разработанаметодика определения необходимого временираспалубки монолитной бетонной крепи ввертикальных стволах. Средняя температурабетона крепи в процессе твердения заопалубкой находится из выражения:

(2)

где tн, tк – начальная иконечная температуры бетона за времятвердения, определяемые с учетомтемпературы воздуха в стволе, температурыпород в месте бетонирования, параметровопалубки и бетона; МП – модуль поверхностизаходки крепи, определяемый отношениемплощади ее поверхности к объемубетона.

В зависимости оттемпературы бетона крепи егоотносительная прочность, позволяющаяопределить необходимый срок распалубки,определяется по графикам рис. 4, полученнымв результате испытаний.

 Рис. 4. Графикзависимости относительной прочностибетона от времени-8

Рис. 4. Графикзависимости относительной прочностибетона от времени твердения
при различных температурах

Полученные результатылегли в основу второго научного положения.

Процесс нагружениямонолитной бетонной крепи, возводимой сотставанием от забоя ствола до 20 - 25 м заходками 8 - 12м имеет ряд отличительныхособенностей.

Установлено, что впериод строительства наиболееопасными напряжениями вкрепи являютсянапряжения среза в бетоне опорного слоя кольца крепиот давлениясвежеуложенного бетонаосновной части заходки, ср.

Величина напряженийср нелинейно зависит от отношенияG0/G1, где G0 – модуль сдвига породмассива, G1 – модуль сдвигабетона, и высоты опорного слоя, hсл (рис.5 и 6).

 Рис. 5. Зависимостьнапряжений ср от отношенияG0/G1 Рис. 6. -9

Рис. 5. Зависимостьнапряжений ср от отношенияG0/G1

 Рис. 6. Зависимостьнапряжений от высоты опорного слоя На основании -10

Рис. 6. Зависимостьнапряжений от высоты опорного слоя

На основании обработкиданных математического моделированияполучены корреляционные зависимости поопределению напряжений среза в бетонеопорного слоя для стволов различногодиаметра. Так при диаметре ствола в светуDсв=7,0 м формула имеет вид:

(3)

где P – давлениесвежеуложенного бетона, кПа.

Средний коэффициенткорреляции составил 0,91

Полученные результатыпозволили сформулировать третье научноеположение.

Наиболее высокиетехнико-экономические показатели проходкистволов с отставанием возведенияпостоянной крепи от забоя стволаобеспечиваются при применениинизкозатратных конструкций временнойкрепи. К ним в частности относится анкернаясталеполимерная крепь с минимальнорекомендованной величиной заделки стержняв скважине. Однако в процессе длительнойэксплуатации ствола возможно исчерпаниенесущей способности временной анкернойкрепи, что приводит к изменениюдеформационных характеристикупрочненного слоя пород и увеличениюнагрузок на основную крепь. На основаниианализа взаимодействия крепи и породногомассива на данной стадии эксплуатацииразработана методика предварительногоопределения величин дополнительныхнагрузок на постоянную крепь стволов иоценки запаса ее прочности. Выражение поопределению величины прироста нагрузок накрепь имеет вид:

(4)

где – коэффициентбокового давления в нетронутоммассиве;

– средний объемныйвес вышележащий толщи пород;

Н – глубинарассматриваемого сечения ствола от земнойповерхности;

0 –коэффициент, равный при плоскойдеформации:

0=3 – 40,

0 –коэффициент Пуассона пород;

K0, K2,K’0, K’2–соответственно коэффициенты передачинапряжений через внешний бесконечный иупрочненный анкерами слои породногомассива до и после исчерпания несущейспособности временной крепи, определяемыев зависимости от их деформационных игеометрических характеристик;

*п.в – коэффициент,учитывающий отставание возведениявременной и постоянной крепи от забояствола и предварительное упрочнениепород:

,

* –коэффициент, определяемый по формулеБ.З. Амусина при величине отставанияl0равной высотной отметке начала установкивременной крепи относительно забояствола;

kанк –коэффициент, учитывающий влияниеанкерного упрочнения пород на реализациюсмещений массива в призабойной зоне довозведения постоянной крепи, определяетсяпо полученной автором зависимости:

(5)

здесьD – диаметр ствола вчерне, м;

l0 –отставание постоянной бетонной крепи отзабоя ствола, м;

L – ширина зоны упрочения пород вокрестности ствола, м;

Kупр – коэффициентупрочнения пород, определяемый взависимости от плотности установки инесущей способности анкеров.

Выполненные поразработанному алгоритму расчетыпоказывают, что наибольшее влияние надинамику изменения нагрузок оказываетотношение модулей сдвига упрочненныханкерами и разупроченных пород, особенно вслучае развития процесса дальнейшегоразрушения. Учет этого момента на стадиипроектирования позволяет обеспечитьнеобходимый запас прочности крепи придлительной эксплуатации, при этомустановлено, что даже в рассматриваемыйкритический момент он больше чем уаналогичной по себестоимости конструкции,возведенной по совмещенной схеме, всреднем в 2 раза.

Полученные результатылегли в основу четвертого научногоположения.

Для возведениямонолитной бетонной крепи с высокимиэксплуатационными свойствами разработанапараллельная технологическая схемакрепления стволов заходками высотой 8 м,предусматривающая совмещение работ побурению шпуров и возведению крепи,использование многоярусногопроходческого полка и опалубки, состоящейиз двух секций, которая позволяетдостигать скорости проходки стволов 120м/мес. и более при высоком качествекрепи.

В рамках совмещеннойсхемы проходки разработанасовмещено-последовательная технология,предусматривающая возведение заходкикрепи высотой 12 м через каждые 3проходческих цикла, позволяющая получитькрепь с качественными стыками, с высокойпрочностью и водонепроницаемостью.

В результатетехнико-экономического сравненияустановлено, что переход с монолитнойкрепи из обычного бетона класса В25 на крепьиз модифицированного бетона класса В30 илиВ40 позволяет за счет уменьшения толщиныкрепи уменьшить сметную себестоимостькрепления 1 м ствола на 7,2 - 33,8% врассмотренном диапазоне условий.

Внедрение обоснованныхрешений по креплению стволов осуществленопри разработке проекта строительствавентиляционного ствола № 2 ОАО «ГайскийГОК».

Выполненноетехнико-экономическое сравнение показало,что переход на параллельную схему проходкипозволяет за счет снижения сроков проходкиобеспечить экономический эффект в размере48 тыс. руб. на 1 м протяженностиствола.

Заключение

Диссертация являетсянаучно-квалификационной работой, в которойизложены научно обоснованные техническиеи технологические разработки бетоннойкрепи стволов с высокимиэксплуатационными свойствами на основеустановленных закономерностей изменениянапряженно-деформированного состояниякрепи при ее возведении с отставанием отзабоя ствола большими заходками идальнейшей работе,внедрение которых позволяет увеличитьбезопасность эксплуатации стволов и имеетсущественное значение для экономикистраны.

Основные научные ипрактические результаты работызаключаются в следующем:

  1. На основанииисследования фактической прочности бетонакрепи ствола неразрушающим методомустановлено, что прочность бетона взаходках ниже прочности образцов,определенной в лабораторных условиях, всреднем на 30%, при этом вследствие влияниятехнологии работ и шахтных вод возникает неоднородность прочностибетона по высоте и сечению заходки(отклонения до 12,3% и 15%соответственно).
  2. Врезультатевычислительного экспериментапо взаимодействию с породным массивоммонолитной бетонной крепи,имеющей «холодные» швы иучастки сниженной прочностиустановлено, что их наличие приводит к возникновению в даннойобласти деформаций изгиба и растягивающихрадиальных напряжений,нелинейновозрастающих от средней частик краюзаходки, чтоможет отрицательно повлиять на долговечностьконструкции крепи.
  3. Установлено, что приобразовании в монолитной бетонной крепивнешнего ослабленного слоя ее несущаяспособность может уменьшиться до 20%, приэтом величина снижения линейно возрастаетпри увеличении толщины ослабленного слоя иуменьшении прочности бетона в нем. Дляучета этого эффекта при проектированиикрепи целесообразно использоватьдополнительный понижающий коэффициент красчетной прочности бетона.
  4. Разработаны составымодифицированного бетона с высокимиэксплуатационными свойствами и полученызависимости его прочности на растяжениепри изгибе и начального модуля упругостиот прочности бетона на сжатие в проектномвозрасте.
  5. Установлено, чтомодифицированная бетонная смесь вдиапазоне температур 10 - 30 0С сохраняетподвижность в течение 1,5 - 2,5 часов, послечего происходит резкое снижение величиныосадки конуса с последующим началомсхватывания. Интенсивность сниженияподвижности в этот период увеличиваетсяпри уменьшении отношения массымодификатора к массе цемента. На основанииполученных данных определены максимальныесроки транспортирования бетонной смеси кстволу при его различной глубине ипараметрах проходческого подъема.
  6. Установлено, чтоотклонение температуры твердения бетонаот нормальной приводит к значительномуизменению скорости набора прочностимодифицированного бетона, при этом влияниетемпературы уменьшается с возрастомбетона. С учетом температурного режима встволе разработана методика определенияоптимального времени распалубкимонолитной бетонной крепи в вертикальныхстволах.
  7. На основанииматематического моделированияустановлено, что в период возведениямонолитной бетонной крепи с отставанием отзабоя ствола наиболее опасными являютсясрезающие напряжения в опорном слоебетона, интенсивность которыхопределяется величиной давлениясвежеуложенного бетона, высотой опорногослоя и отношением модулей сдвига бетона ивмещающего массива.
  8. В результатеаналитических исследований разработанаметодика определения дополнительныхнагрузок на постоянную крепь стволов иоценки запаса ее прочности на стадииисчерпания несущей способности временнойанкерной крепи в процессе длительнойэксплуатации.
  9. Разработаны дветехнологические схемы креплениявертикальных стволов монолитным бетоном свысокими эксплуатационными свойствами,предусматривающие использованиесоставных опалубок для возведения заходоквысотой 8 - 12 м.
  10. Выполнентехнико-экономический анализразработанных решений, который показал,что переход на крепление стволовмонолитным бетоном с высокимиэксплуатационными свойствами позволяет засчет уменьшения толщины крепи уменьшитьсметную себестоимость крепления 1 м стволана 7,2 - 33,8% в рассмотренном диапазонеусловий.
  11. Выполненовнедрениеобоснованных решений приразработке проектастроительства Северного вентиляционногоствола № 2ОАО «Гайский ГОК», в результате которогополученэкономический эффект в размере 48 тыс. руб. на 1 мпротяженности ствола за счет сокращениясроковпроходки.

Основные результатыдиссертации опубликованы в следующихработах:



Pages:     | 1 || 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.