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 ||

Способов повышения несущей способности крепи вертикальныхстволовна основе современных средств ееупрочнения

-- [ Страница 2 ] --

Рис. 1. Зависимостьвеличины 1/RT вбетоне крепи в момент отрыва опалубки от:
а) скорости проходки; б)скорости набора прочности бетона

Изграфиков, показанных на рис. 1, следует, что при увеличениискорости проходки относительнаяинтенсивностьнапряжений вбетоне исследуемой заходки возрастает по линейнойзависимости. При увеличении скорости наборапрочности бетона, характеризуемойотношением RT/R28, относительнаяинтенсивность напряжений снижается попараболической зависимости. Это позволяетсделать вывод о возможности регулированиянапряженно-деформированного состояниякрепи в рассматриваемый момент путемуправления скоростью твердениябетона.

При медленном наборепрочности бетона относительнаяинтенсивность напряжений в твердеющей крепипризабойной зоны ствола в 1,2 -1,7 раза выше,чем в крепипроектной прочности напротяженном участке ствола, при этом с уменьшениемпродолжительностипроходческого цикла и модуля сдвигавмещающих пород данноесоотношение возрастает.

Интенсивное загружениебетона враннем возрасте можетнарушить процессего естественноготвердения, привести к развитию трещиноватости,что повлечетза собойснижение несущей способности и долговечностикрепи.

Учитывая сказанное, вкачестве одного из критериевэффективности проектирования крепи,возводимой по совмещенной схеме,предлагается соблюдение условия пообеспечению запаса несущей способноститвердеющей крепи в призабойной зоне неменее чем у крепи проектной прочности. Этовозможно при определенном значениипрочности бетона на момент распалубки. Наосновании исследований получена следующаязависимость для определения необходимойпрочности:

(2)

где T – срок твердениябетона на момент распалубки, сут.; kпр– коэффициент,учитывающий влияние деформационныхсвойств пород, принимает значения впределах 0,86 - 1,12; kt – коэффициент,учитывающий продолжительностьпроходческого цикла, kt =0,95 - 1,05; a, b –коэффициенты, зависящие от проектногокласса бетона, а=0,11 - 0,16, b=0,19 - 0,33.

В настоящее время напрактике для увеличения скорости наборапрочности бетона в раннем возрастеприменяют различные ускорители твердения.Они имеют ряд недостатков и не оказываютзаметного влияния на величину проектнойпрочности.

В результателабораторных испытаний бетонов различныхсоставов установлено, что обеспечитьсоблюдение указанных выше требованийможно путем использования современныхдобавок на основе суперпластификаторов. Втабл. 1 приведен ряд результатовстатистической обработки данных поиспытаниям модифицированных бетонов.Состав 1 является контрольным.

Таблица 1

Результаты испытанийбетонов различного состава насжатие

№состава

Составбетона
(тип и расход)
Осадкаконуса, см

Прочность бетона при сжатии, МПа, ввозрасте, сут.

Цемент ПЦМ500, кг/м3

Щебень Песок,

кг/м3

Вода, л/м3
(В/Ц)

Добавка,(%*)

1 3 28
1 390 1050 700

195
(0,5)

- 5 6,3

(0,195)**

14,8 (0,46) 32,3
2 390 1050 700

185
(0,47)

«Реламикс-2» (1,0%)

18

14,3(0,36)

25,4(0,65)

39,2
3 390 1050 700

185
(0,47)

«BisealSCC»
(0,8%)

19

16,2(0,38)

32,5(0,75)

43,2
4 390 1050 700

185
(0,47)

«SikaViscoCrete»(1,0%)

16

15,1(0,32)

34,3(0,73)

47,0

Примечания: * -масса добавкив процентахот массыцемента; ** - значение отношения RT/R28.

Сравнение результатовиспытанийконтрольных образцов (состав 1) с модифицированнымипоказывает, что включениекомплексов «Реламикс-2»,«Biseal SCC» и«SikaViscoCrete» в объеме 0,8 - 1,0% отмассы цементаобеспечивает быстрый ростпрочности бетона возрасте 1 - 3 суток (32 - 75%от 28-суточной), а также увеличениепроектной прочности на 12,9 - 31,9%. Выполненныепо полученным данным расчеты показывают,что условие (2) для составов № 2 - 4выполняется. Это доказывает возможностьего соблюдения на практике приприменениимодифицированныхбетонов, при этомконцентрацию добавок следует увеличиватьпри уменьшении продолжительностипроходческого цикла.

Эффективным решением поповышению прочностных свойств крепи впроектном возрасте является применениесталефибробетонов. В результате испытанийсоставов бетона с включением стальнойфрезерованной фибры «VULKAN HAREX» установлено,что включение фибры в количестве
40 - 160 кг/м3 в бетон позволяет увеличитьпрочность материала на сжатие в 1,09 - 1,45 раз,а прочность на растяжение при изгибе в 1,06 -2,56 раз, при этом с увеличением процентногосодержания фибры Rсж возрастает попараболической, а Rи – по гиперболическойзависимости.

Проведенное на основеполученных данных математическоемоделирование показывает, что в условияхдействия равномерных нагрузок на крепьзапас несущей способностисталефибробетонной крепи больше чеммонолитной бетонной той же толщины в 1,12 - 1,18раз, а при действии неравномерных повеличине нагрузок больше в 1,89 - 2,0 раза (рис.2).

 Рис. 2. Запас несущейспособности крепи при различной -5

Рис. 2. Запас несущейспособности крепи при различной величине
коэффициентанеравномерности нагрузок:

1 – монолитная бетонная крепь толщиной250 мм;

2 – сталефибробетонная крепь толщиной250 мм

.При этом вобоих случаях запас несущей способностисталефибробетонной крепи по отношению кбетонной нелинейно возрастает суменьшением модуля сдвига вмещающихпород.

После исчерпаниярезервов по повышению несущей способностикрепи путем управления прочностью бетона,а также при необходимости восприятия частинагрузок, развивающихся во времени иобусловленных деформированием иползучестью горных пород, в качестведополнительного решения по усилению крепипредлагается установка анкеровконтактного типа через возведенную ранеекрепь.

Анкера представляютсобой металлический стержень,изготовленный из стали периодическогопрофиля классов А-300, А-400, не имеющийопорной плиты. Для обеспечения надежнойсвязи системы «анкер–бетон–порода» закрепление стержня анкерапроизводится по всей длине шпура. Вкачестве вяжущего материала используетсяцементно-песчаная смесь. В случаенеобходимости быстрого включения анкеровв работу возможно применение патронов сбыстротвердеющим полимерным материалом.

Эта технология былауспешно применена при ремонте рядавертикальных стволов, однако не имееткомплексного научного обоснования. С целью проверкиэффективностиупрочнения монолитнойбетонной крепи анкерамиописаннойконструкции было проведено математическоемоделирование работыкомбинированнойкрепи вразличных условиях. Полученные в результате расчетовданные показали, что анкерное упрочнениесущественно изменяет картинураспределения нормальных тангенциальныхнапряжений в бетонной крепи. Если в крепибез анкеров происходит нарастаниенапряжений от внешних слоев к внутренним,то при упрочнении анкерами происходитвыравнивание напряжений по сечению крепи.

Для количественнойоценки эффективности анкерного упрочнениямонолитной бетонной крепи предложенкоэффициент упрочнения, определяемый изотношения

(3)

где *m – средние значения нормальныхтангенциальных напряжений в сечении крепи, упрочненной анкерами;m –средние значения нормальныхтангенциальных напряжений в обычнойбетонной крепи в аналогичныхусловиях.

Установлено, чтокоэффициент упрочнения при закрепленииштанг по всей длине шпура зависит отосновных параметров анкерной крепи:возрастает по параболической зависимостипри увеличении длины анкеров, плотности ихустановки; линейно возрастает приувеличении диаметра стержня анкера. Такжевыявлена степенная зависимостькоэффициента Купр от параметраGср, представляющего собой средниймодуль сдвига упрочняемого объема крепи ипород и определяемого из выражения

(4)

где L – длина анкеров, м;G0, G1 – соответственномодуль сдвига пород и крепи, МПа; t – толщина бетоннойкрепи, м.

Наоснованииустановленныхзависимостей и статистическойобработки данных получены корреляционныеформулы поопределениюкоэффициентаупрочнения Купрв различныхусловиях. Для их более удобного использования привыполнении расчетов построены соответствующиеномограммы (рис. 3).

 Рис.3.Номограмма для определениякоэффициентаКупр приплотности -8

Рис.3.Номограмма для определениякоэффициентаКупр приплотности установки
анкеровиз арматурнойстали А-400 Р=2,0 анк./м2

С точки зрениятехнико-экономической эффективностиоптимальные параметры упрочняющейанкерной крепи составляют: длинаанкеров –
1,5 - 2,5 м, плотностьустановки – 1,0 -2,0 анк./м2.Установка анкеров с такимихарактеристиками позволяет уменьшитьвеличину средних нормальныхтангенциальных напряжений в бетоне крепи,развивающихся в процессе взаимодействия спородным массивом, до 15 - 19 %, а в наиболеенагруженном внутреннем слое крепи – до 28%.

Для практических целейразработан алгоритм определенияпараметров крепи вертикальных стволов приреализации предлагаемых решений поповышению ее несущей способности,основанный на общепринятых положенияхмеханики подземных сооружений ирезультатах проведенных ранееисследований.

Величину среднихнормальных тангенциальных напряжений вмонолитной бетонной крепи, упрочненнойанкерами, можно определить поформуле

(5)

где * – корректирующийкоэффициент, учитывающий отставаниевозведения крепи от обнажения пород ифизическую нелинейность деформациймассива до возведения крепи; – коэффициент бокового распора пород; – средний объемныйвес вышележащей толщи пород, кН/м3; Н – глубина ствола, м;с – коэффициент,характеризующий толщину монолитнойбетонной крепи: 1– коэффициент вида напряженногосостояния; r1,r2– наружный ивнутренний радиусы бетонной крепи ствола,м.

Наоснованиивыполненныхисследований разработана технологическая карта возведенияанкерно-бетонной крепи в вертикальныхстволах при совмещенной схеме проходки,предусматривающая установкуупрочняющей анкерной крепи с полкаодновременно с монтажомпроходческихкоммуникаций. Общаяпродолжительностьпроходческого цикла составляет 30 ч, чтозначительно меньше, чем при креплениистволов монолитной железобетоннойкрепью.

Оценкатехнико-экономической эффективностиразработанных решений показаласледующее.

Замена монолитнойбетонной крепи стандартного состава набетонную крепь с включением химическойдобавки «Реламикс-2» позволяет уменьшитьзатраты на крепление ствола в 1,12 - 1,23 разаза счет уменьшения толщины крепи в 1,5 - 1,61раз, при этом с увеличением значениякритерия устойчивости пород величинаотносительного снижения затрат возрастаетпо параболической зависимости.

Замена монолитнойбетонной крепи на сталефибробетоннуюкрепь позволяет уменьшить толщину крепи в2,0 - 2,4 раза, обеспечив благодаря этому,несмотря на значительное удорожание1 м3 бетона,снижение затрат на крепление стволов впородах III - IV категорииустойчивости.

Внедрение предложенныхрешений выполнено при разработке проектастроительствавентиляционно-вспомогательноговертикального ствола подземного рудника«Удачный» АК «Алроса». Переход на новыйвариант анкерно-бетонной крепи позволилуменьшить объем выемки породы на 9,1%,снизить расход бетона на возведение крепина 41,54%. Полученный в результате расчетовэкономический эффект составил 6,7 млн. руб.,материалоемкость проходки снизилась на25,9%.

заключение

Диссертация являетсянаучно-квалификационной работой, в которойна основе математического моделированияпризабойной зоны ствола, лабораторныхиспытаний модифицированных бетонов исталефибробетонов, исследования системы«монолитная бетонная крепь – анкера – породный массив»содержится решение задачи повышениянесущей способности крепи стволов сминимальными затратами, что имеетсущественное значение для шахтногостроительства.

Основные научные ипрактические результаты работызаключаются в следующем:

1. Для получения достоверныхданных освойствах бетона в раннем возрастевыполненастатистическаяобработкарезультатовиспытаний бетона на прочность при сжатии по 37составам, применяемым для крепления стволов. Установлено,что свойствабетонанаиболее существенно отличаются от проектных в возрасте до 7 сут. Полученызависимости,характеризующие максимальную иминимальнуюинтенсивность наборапрочности бетона крепистволов в раннем возрасте(коэффициентыкорреляции составили 0,91и 0,94).

2. Полученные данные одинамике набора прочности бетона легли воснову численного моделирования,выполненного методом конечных элементов сиспользованием программного комплекса«Лира - 9,0». С целью оценкинапряженно-деформированного состояниятвердеющей крепи разработана объемнаяконечно-элементная модель призабойнойзоны ствола. Врезультате ее расчета в различных условияхопределены величины напряжений втвердеющей крепи при варьированиипрочности бетона.

3. В результатечисленногомоделированияустановленызакономерности формирования напряженно-деформированного состояния бетона крепи при отрывеопалубки взависимости от скоростипроходки ствола и скорости твердения бетона. Получена зависимость необходимойпрочности бетона в момент распалубки от проектной прочности,параметровпроходческого цикла, свойствпород массиваи бетона.

4. Выполненылабораторные испытания образцов бетоновразличных составов с использованиемсовременных добавок на основесуперпластификаторов. Установлено, чтобетоны с включением комплексов «Реламикс-2», «Biseal SCC» и«SikaViscoCrete» в объеме 0,8 - 1,0%от массыцемента обеспечивают более быстрый ростпрочности бетона в возрасте 1 - 3 суток (32 - 75%от 28-суточной), а также увеличениепроектной прочности на 13 - 32%.

5. В результателабораторных исследований прочностныхсвойств сталефибробетона установлено, чтовключение стальной фибры в количестве 40 -160 кг/м3 в составбетона позволяет увеличить прочностьматериала на сжатие в 1,09 - 1,45 раза, апрочность на растяжение при изгибе в 1,06 - 2,56раз, при этом с увеличением расхода фибрыRсж возрастает по параболической, аRи – погиперболической зависимости.

6. Установлено, что вусловиях действия равномерных нагрузок накрепь запас несущей способностисталефибробетонной крепи больше чеммонолитной бетонной той же толщины в 1,12 - 1,18раз, а при действии неравномерных повеличине нагрузок больше в 1,89 - 2,0 раза.Эффективность крепления стволовсталефибробетоном возрастает суменьшением модуля сдвига вмещающихпород.

7. Установлено, что анкерное упрочнение существенноизменяет картину распределения нормальныхтангенциальных напряжений в бетоннойкрепи. Анкерные стержни выполняют рольпоперечной арматуры в бетоне, работают нарастяжение, препятствуя радиальномудеформированию крепи. Благодаря этомупроисходит разгрузка внутренних слоевкрепи. Для оценки упрочнения крепианкерами введен коэффициент упрочнения.Установлены зависимости коэффициентаупрочнения крепи от параметров системыанкеров, характеристик бетона и окружающихпород.

8. Разработанырекомендации по проектированиюресурсосберегающей монолитной бетоннойкрепи при совмещенной схеме проходкиствола с учетом стадии набора прочностибетона в призабойной зоне ствола иподбором параметров упрочняющей анкернойкрепи.

9. Разработанытехнологические схемы упрочнениямонолитной бетонной крепи, позволяющиепроизводить установку анкерной крепи припроходке ствола по совмещенной схеме, атакже после его прохождения на проектнуюглубину.

10. Выполнена оценкаэкономической эффективности заменымонолитной бетонной крепи обычногосостава на бетонную крепь с включениемхимической добавки «Реламикс-2», котораяпоказала, что данное решение позволяетуменьшить затраты на крепление ствола в 1,12- 1,23 раза, расчетную толщину крепи в 1,5 - 1,61раз. Замена монолитной бетонной крепи насталефибробетонную крепь позволяетуменьшить толщину крепи в 2,0 - 2,4 раза,обеспечив благодаря этому, несмотря назначительное удорожание 1 м3 бетона, снижениезатрат на крепление стволов в породах III - IVкатегории устойчивости.

11. Для участка стволаподземного рудника «Удачный» АК «Алроса»разработан проект анкерно-бетонногокрепления, позволивший снизить стоимостьстроительства рассмотренного участка на6,7 млн. руб. в ценах 2006 года.

Основныерезультаты диссертацииопубликованы в следующих работах:

  1. Армейсков В.Н.Технология возведения упрочняющейанкерной крепи при совмещенной схемепроходки // Горныйинформационно-аналитический бюллетень.– 2008. – №1. – C. 178 - 182.
  2. Армейсков В.Н.Проектирование монолитной бетонной крепивертикальных стволов, упрочненнойжелезобетонными анкерами // Горныйинформационно-аналитический бюллетень.– 2009. – Отдельный выпуск№ 9. – C. 164 -168.
  3. Страданченко С.Г.,Плешко М.С.,Армейсков В.Н.Исследованиенапряженно-деформированного состояниятвердеющей монолитной бетонной крепи впризабойной зоне ствола // Изв. вузов.Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спецвып.Перспективы развития Восточного Донбасса.– 2006. – C. 83 - 90.
  4. Страданченко С.Г.,Плешко М.С.,Армейсков В.Н.Проектирование параметрованкерно-бетонной крепи вертикальныхстволов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн.науки. –2007. – №3. – C.87 - 89.
  5. Страданченко С.Г.,Плешко М.С.,Армейсков В.Н.Пути обеспечения безаварийнойэксплуатацииглубокихвертикальных стволов //Совершенствованиетехнологии строительства шахт и подземныхсооружений: сб. науч. тр. – Донецк: Норд-пресс,2006. – Вып. №12.– С. 31 – 32.
  6. Плешко М.С.,Армейсков В.Н.Исследованиеразличных способованкерного упрочнения монолитнойбетонной крепи вертикальных стволов на численныхмоделях // Проблемы подземного строительства инаправления развития тампонажа изакрепления горных пород: Материалынаучно-практической конференции – Луганск: Изд-воВосточноукраинского национальногоуниверситета им. В. Даля, 2006. – С. 206- 211.
  7. Армейсков В.Н. Опыт примененияанкерных крепей при проходкевертикальных стволов //Научно-техническиепроблемы разработки месторожденийполезных ископаемых, шахтного и подземногостроительства: сб. науч. тр. –Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2006. – С. 147- 156.
  8. Армейсков В.Н. Анализ зарубежногоопыта строительства вертикальныхстволов ицелесообразности его использованияв условияхРоссии // Научно-технические проблемыразработки месторождений полезныхископаемых, шахтного

    Pages:     | 1 ||
     





 
© 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.