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 |

Способов повышения несущей способности крепи вертикальныхстволовна основе современных средств ееупрочнения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АрмейсковВиталий Николаевич

обоснование способов повышения

несущей способности крепи вертикальныхстволовна основе современных средств

ееупрочнения

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

Автореферат
диссертации на соискание ученойстепени
кандидататехнических наук

Новочеркасск – 2010

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 технических наук,доцент

Привалов АлександрАлексеевич

кандидат техническихнаук

Стеценко ВиталийПетрович

Ведущаяорганизация ГОУ ВПО «Тульскийгосударственный

университет», г.Тула

Защита состоится 6апреля 2010 г. в 1000 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.304.07 приЮжно-Российском государственномтехническом университете (Новочеркасскомполитехническом институте) по адресу 346428,г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132,ЮРГТУ(НПИ), аудитория 107, 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«____» марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационногосовета Колесниченко ЕвгенийАлександрович

Общая характеристика работы

Актуальностьтемы. Одной из важнейшихзадач экономики России в XXI веке являетсяэффективное развитие горнодобывающейпромышленности, направленное насохранение и увеличение объемов добычиугля, рудных и минеральных полезныхископаемых.

Введение в эксплуатациюновых производственных мощностейхарактеризуется постоянным увеличениемглубины разработки и протяженностивертикальных стволов, являющихсяосновными вскрывающими выработкамигорнодобывающих предприятий.

Глубина строящихсявертикальных стволов в нашей странеперешагнула двухкилометровую отметку присредних значениях 900 - 1200 м. На их долюприходится до 30% стоимости и до 50% общейпродолжительности строительства шахты илирудника. Значительная часть этих затратсвязана с креплением выработок.

В настоящее время вРоссии и странах СНГ при проходкевертикальных стволов практически не имеетконкуренции совмещенная технологическаясхема проходки, характеризующаясявозведением монолитной бетонной крепивслед за подвиганием забоя ствола. С ростомгорного давления и усложнением условийстроительства возникает задача поповышению несущей способности бетоннойкрепи, решаемая на практике путемувеличения ее толщины, перехода нажелезобетонную или тюбинговуюкрепь.

С увеличением толщинымонолитной бетонной крепи на каждые 5 смстоимость проходки стволов возрастает на5...7%. Одновременно увеличивается объемвыемки породы на 2...3%, возрастает расходбетона на 8...15%. При применениижелезобетонной крепи происходит снижениетемпов крепления в 1,5 - 2 раза, увеличениетрудоемкости работ на 30 - 40% и более. Накрепление 1 м ствола затрачивается от 0,5 до1,5 т металла.

Из практики известны идругие способы повышения несущейспособности крепи, предусматривающиеувеличение прочностных свойств материалакрепи, переход на комбинированноеанкерно-бетонное крепление и др. Болееширокому применению таких технологиймешает ряд неразработанных теоретическихи технологических вопросов, связанных собоснованием оптимальных параметров крепии технологии ее возведения.

Вследствие этого поиск иразработка прогрессивных способовсовершенствования крепи вертикальныхстволов при совмещенной схеме проходки,направленных на повышение еетехнико-экономической эффективности,является актуальной задачей современногошахтного строительства.

Комплекс выполненныхавтором исследований посвящен обоснованиюспособов повышения несущей способностимонолитной бетонной крепи стволов,возводимой по совмещенной технологическойсхеме.

Диссертационная работавыполнена в рамках темы НИР 17.05«Исследование геомеханических процессовподземного пространства, влияние этихпроцессов на сопутствующие среды и земнуюповерхность», выполняемой в Шахтинскоминституте ЮРГТУ (НПИ) по заданиюФедерального агентства по образованию, атакже в рамках реализациипрограммно-целевых мероприятийНаучно-образовательного центра попроблемам рациональногоприродопользования при комплексномосвоении минерально-сырьевых ресурсов,поддержанного Аналитическойведомственной целевой программой«Развитие научного потенциала высшейшколы (2009-2010 гг.)» и Федеральной целевойпрограммой «Научные инаучно-педагогические кадры инновационнойРоссии (на 2009-2013 гг.)».

Целью работы является обоснование способовповышения несущей способности крепистволов при совмещенной схеме проходки сиспользованием современных средствупрочнения, что позволит увеличитьэксплуатационную надежность итехнико-экономическую эффективностькрепи.

Идея работы: повышение несущей способности итехнико-экономической эффективностимонолитной бетонной крепи вертикальныхстволов достигается применениемсовременных средств упрочнения материалаи конструкции крепи: модифицированныхбетонов, фибробетонов, анкеров контактноготипа при сохранении минимальной толщиныкрепи с учетом стадии твердения бетона впризабойной зоне ствола.

Методыисследования. В работеиспользован комплексный методисследований, включающий численноемоделирование методом конечных элементовобъемной задачи взаимодействия крепи смассивом пород в призабойной зоне стволапо мере подвигания забоя, лабораторныеиспытания бетона, статистическуюобработку результатов испытаний,аналитические методы исследований работыкрепи стволов, корреляционный анализ,технико-экономический анализ,опытно-промышленную проверку полученныхрезультатов.

Защищаемые научныеположения:

1. Отношение нормальныхтангенциальных напряжений к прочностибетона крепи в момент отрыва опалубкинелинейно снижается при увеличениискорости твердения бетона за счетприменения химических добавок на основесуперпластификаторов, необходимаяконцентрация которых определяется сучетом продолжительности проходческогоцикла.

2. Включение в составбетона крепи стволов стальной фибры вобъеме 80 - 100 кг/м3 позволяет увеличить запас ее несущейспособности на 12 -18% придействии накрепь равномерных нагрузок и в 1,89 - 2,0 раза в условиях неравномерногозагружения крепи. Запаснесущей способности сталефибробетонной крепи посравнению собычной бетонной нелинейно возрастает с уменьшением модуля сдвига вмещающих пород.

3. В монолитной бетоннойкрепи толщиной 250 - 300 мм, упрочненнойанкерами контактного типа длиной 1,5 - 2,5 м,при плотности их установки 1,0 -2,0 анк./м2происходит снижение средних нормальныхтангенциальных напряжений, развивающихсяв процессе взаимодействия с породныммассивом до 15 - 19 %, а в наиболее нагруженномвнутреннем слое крепи – до 28%.

Новые научныерезультаты, полученные личносоискателем:

1. Получено выражение дляопределения необходимой прочности бетонавозведенной заходки крепи на моментраспалубки в зависимости от величиныпроектной прочности, продолжительностипроходческого цикла, свойств пород массиваи бетона.

2. На основе полученныхзависимостей прочности сталефибробетонапри сжатии и на растяжение при изгибе отрасхода фибры определен диапазонизменения запаса несущей способностисталефибробетонной крепи в условияхдействия равномерных и неравномерныхнагрузок.

3. Установленызависимости коэффициента упрочнениямонолитной бетонной крепи анкерамиконтактного типа от их параметров (длины,диаметра, плотности установки), а такжеотношения модулей общей деформации бетонаи массива пород.

Достоверность научныхположений, выводов и рекомендаций подтверждается высокими значениямикоэффициентов корреляции полученныхавтором корреляционных зависимостей (0,91 -0,94), удовлетворительной сходимостьюрезультатов, полученных методомчисленного моделирования, с даннымиизмерений других авторов,представительным объемом лабораторныхиспытаний различных составов бетона,проектными проработками и успешнымвнедрением результатов диссертационныхисследований.

Научноезначение работызаключается вустановлениизакономерностей формированиянапряженно-деформированного состояниямонолитной бетоннойкрепи впризабойной зоне ствола при различной скоростинабора прочностибетона итемпах проходки, а также прианкерномупрочнениикрепи.

Практическое значениеработы заключается:

  • в разработкеэффективных составов бетона длявозведения крепи по совмещеннойтехнологической схеме;
  • в обоснованиипараметров бетонной крепи минимальнойтолщины с высокой несущейспособностью;
  • в предложенных авторомтехнологических схемах установкиупрочняющей анкерной крепи на различныхэтапах сооружения ствола.

Реализация работы.Основные результаты работыиспользованы ОАО «Ростовшахтострой» приразработке технологического проектакрепления вертикального ствола подземногорудника «Удачный» АК «Алроса».

Апробация работы. Результаты диссертационной работыдоложены на международных научныхсимпозиумах и конференциях: «Неделягорняка» (г. Москва, 2006 - 2009 г.г.); 54-58 научныеконференции Шахтинского институтаЮжно-Российского государственноготехнического университета (г. Шахты, 2005 -2009 г.г.); «Совершенствование технологиистроительства шахт и подземныхсооружений» (ДонНТУ, 2006 г.); «Проблемыподземного строительства и направленияразвития тампонажа и закрепления горныхпород» (Восточноукраинский национальныйуниверситет им. Даля, 2006 г.).

Разработаннаятехнология крепления стволов былапредставлена на «Всероссийскойвыставке – ярмарке научно-исследовательскихработ и инновационной деятельностистудентов, аспирантов и молодых ученыхвысших учебных заведений РоссийскойФедерации», прошедшей в мае 2005 г. вг. Новочеркасске.

Публикации. По результатам выполненныхисследований опубликовано 12 научных работ,в том числе 4 статьи в изданиях,рекомендованных ВАК МинобрнаукиРоссии.

Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, 5глав, заключения, спискаиспользованныхисточников из155 наименований и 3 приложений. Содержит 176страницмашинописного текста, 48 рисункови 37 таблиц.

Основное содержание работы

Современный уровеньнаучной ипрактической базы проектированияи строительства вертикальныхстволов накоплен благодарятруду ученыхи специалистов научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственных организаций и высших учебныхзаведений России.

Основополагающиерезультаты по геомеханике массивов горныхпород и проектированию параметров крепивертикальных стволов полученыИ.В. Баклашовым, Н.С. Булычевым,Ю.З. Заславским, Б.А. Картозия, А.М. Козелом,Г.А. Крупенниковым, А.П. Максимовым,А.Г. Протосеня, А.А. Репко, Н.Н. Фотиевой имногими другими учеными.

Вопросамсовершенствования технологии проходки икрепления стволов посвящены работыА.Г. Гузеева, О.С. Докунина, И.Г. Коскова,В.В. Левита, И.А. Мартыненко,Н.М. Покровского, А.А. Пшеничного,И.С. Стоева, П.С. Сыркина, Р.А. Тюркяна,Ф.И. Ягодкина и др.

Начиная с 70-х годовпрошлого века и по настоящее время, в нашейстране доминирующее положение занимаетсовмещенная схема проходки стволов скреплением монолитным бетоном. Толщинакрепи, ее тип и технология возведенияоказывают существенное влияние настоимость, трудоемкость и скоростьпроходки ствола. Наиболее высокиетехнико-экономические показателистроительства достигались, как правило,при толщине монолитной бетонной крепи 250- 300 мм.

Проф. Н.С. Булычевым былопредложено рассматривать две стадиивзаимодействия крепи с массивом присовмещенной схеме проходки:

  • взаимодействиетвердеющей монолитной бетонной крепи сдеформирующимся массивом пород впризабойной зоне ствола;
  • взаимодействие крепипроектной прочности состабилизировавшимся массивом напротяженном участке ствола.

В настоящее время впрактике проектирования стволов большоераспространение получили методы расчетана основе принципа контактноговзаимодействия крепи с массивом,основанные на аналитических решенияхсоответствующих задач теории упругости вплоской постановке. Этот метод позволяет снеобходимой точностью оценитьнапряженно-деформированное состояниекрепи на второй стадии взаимодействиякрепи с массивом. Расчеты показывают, чтообласть применения монолитной бетоннойкрепи при увеличении класса бетонавозрастает по параболической зависимости,и при переходе с класса бетона B15 на В30несущая способность крепи толщиной 250 ммвозрастает на 40-80% в зависимости отгорно-геологических условий. Этосущественно больше, чем при увеличениитолщины крепи в 2 раза. В связи с этим вкачестве эффективного решения поповышению технико-экономическихпоказателей крепления стволов можетрассматриваться переход на крепьминимальной толщины с высокой проектнойпрочностью.

Призабойная зона стволапредставляет собой пространственныйобъект, в котором с массивомвзаимодействует толстостенная бетоннаяоболочка переменного сопротивления,физико-механические свойства которойопределяются видом и скоростью твердениябетона, а также темпами проходки ствола.Комплексного исследования такой системыне проводилось. Кроме того, отсутствуетдостаточно полная информация опрочностных свойствах бетона крепистволов в раннем возрасте. Для их получениявыполнен анализ параметров крепи 97 стволовДонбасса, на основе которого выделено 37составов бетона с различными видамицемента, расходом исходных компонентов ипроектной прочностью. Далее произведенастатистическая обработка данных опрочности бетонов, имеющихся в журналахкрепления стволов, а также выполнен рядсобственных испытаний бетонов приразличном сроке твердения.

Исследования показали, что свойства бетона наиболее существенноотличаются от проектных в возрасте до 7 сут. Кривые максимальнойи минимальнойинтенсивности набора прочности составов бетона в возрасте 1 - 7 сут., широко применяемых в шахтномстроительстве,аппроксимируютсяследующимивыражениями(коэффициентыкорреляции составили 0,91 и0,94):

(1)

где Rmax(T) иRmin(T) – соответственномаксимальная и минимальная прочностьбетона в раннем возрасте, МПа; R28– проектнаяпрочность бетона, МПа; Т – срок твердениябетона, сут.

Полученные данные одинамике набора прочности бетона легли воснову численного моделированияпризабойного участка ствола, выполненногометодом конечных элементов сиспользованием программного комплекса«Лира - 9,0». В результате расчетов объемнойчисленной модели в различных условияхопределялись все компоненты тензоранапряжений в конечных элементах крепи, атакже перемещения в узлах.

Оценканапряженно-деформированного состояниякрепи производилась через отношениенапряжений в крепи к прочности бетона1/RT (здесь 1 – максимальныенормальные тангенциальные напряжения всечении крепи; RТ  – прочность бетонапри сжатии в рассматриваемый моментвремени).

Согласно полученнымданным, а также исследованиям проф.Булычева Н.С. наиболее интенсивномувоздействию подвергается ближайшая кзабою заходка крепи в момент снятияопалубки. В связи с этим выполнена оценканапряженно-деформированного состоянияпервой заходки крепи в момент отрываопалубки в различных условиях. К бетонукрепи дополнительно прикладывалисьснимаемые напряжения, возникающие приотрыве опалубки.

На рис. 1 показанызначения отношения 1/RT при различнойскорости проходки и скорости наборапрочности бетона.

а)  б) Рис. 1. Зависимостьвеличины 1/RT вбетоне крепи в момент -2
б)

 Рис. 1. Зависимостьвеличины 1/RT вбетоне крепи в момент отрыва -3



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.