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 |

Безрасстрельнойармировки вертикальных стволов наоснове вероятностной оценки временных нагрузок

-- [ Страница 1 ] --

На правахрукописи

БасакевичСергей Владимирович

обоснованиепараметров безрасстрельнойармировки
вертикальных стволов наоснове вероятностной
оценки временных нагрузок

25.00.22 – «Геотехнология

(подземная, открытая,строительная)»

Автореферат диссертациина соискание

ученой степеникандидата

технических наук

Новочеркасск 2009

Работа выполнена в Шахтинскоминституте (филиале) Государственногообразовательного учреждения высшегопрофессионального образования«Южно-Российский государственныйтехнический университет (Новочеркасскийполитехнический институт)» на кафедре«Подземное, промышленное гражданскоестроительство и строительныематериалы».

Научный руководитель кандидат технических наук,доцент

Прокопов АльбертЮрьевич

Официальныеоппоненты доктор технических наук,профессор,

Заслуженный деятельнауки и техники РФ

Булычев НиколайСпиридонович

кандидат техническихнаук,

Заслуженный строительРФ

Шинкарь ИгорьГеоргиевич

Ведущаяорганизация ГОУ ВПО«Московский государственный

горный университет», г.Москва

Защита состоится 22декабря 2009 г. в1000 часов на заседании диссертационногосовета Д 212.304.07 при Южно-Российском государственномтехническом университете (Новочеркасскомполитехническом институте) по адресу 346428,г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132,ЮРГТУ(НПИ), аудитория 107. тел.\факс :(863-52) 2-84-63,e-mail : ngtu@novoch.ru.

С диссертацией можноознакомится в библиотеке ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ)(г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132)

Автореферат разослан«_____»_____________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационногосоветаКолесниченко ЕвгенийАлександрович

ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одним из самыхмасштабных подземных сооружений по объему,разнообразию исложности решаемых в период строительстваи эксплуатации задач являетсявертикальныйствол с армировкой, которая предназначенадля обеспечения направленного безаварийногодвижения по стволу подъемных сосудовразличной конструкции. Тип и конструкцияармировкиоказывает существенное влияние наопределение диаметра ствола, сроков истоимости его строительства, а также на величину затрат,связанных с проветриванием выработок.

В настоящее времяглубина эксплуатируемых и строящихсяшахтных стволов перешагнула отметку 1000 м ипродолжает увеличиваться, при этомгорно-геологические и гидрогеологическиеусловия строительства существенноусложняются. Условия работы армировкистволов можно также охарактеризовать каквесьма сложные. Конструкции испытываюткомплекс постоянных и временныхвоздействий и нагрузок, увеличивающихся сглубиной ствола и обусловленных сложнымпроцессом взаимодействия системы«подъемный сосуд – армировка – крепь ствола».

В отечественнойпрактике армирования вертикальных стволовнаибольшее распространение получилажесткая металлическая армировка,конструктивными элементами которойявляются расстрелы балочного типа ирельсовые или коробчатые проводники. Опытее эксплуатации показывает, чтомногорасстрельная армировка обладаетзначительной трудоемкостью и высокойстоимостью монтажа, высокимаэродинамическим сопротивлением.

Одним из главныхнаправлений совершенствования жесткойармировки является замена балочныхрасстрелов консольными, консольно-распорными иблочными конструкциями (безрасстрельнаяармировка). Это позволяет исключить рассмотренные вышенедостатки жесткой армировки, а такжеповысить ее несущую способность и создатьпредпосылки для более широкого применениятехнологии строительства стволов содновременным армированием.

В настоящее времяотечественными учеными и проектировщикамиразработаны методические основыпроектирования безрасстрельной армировки,создан альтернативный ряд сеченийклетевых и скиповых стволов с консольными,консольно-распорными и блочнымиконструкциями. На базе этих разработокосуществлено внедрение безрасстрельнойармировки при строительстве рядавертикальных стволов. В то же время широкоевнедрение безрасстрельной армировкисдерживается рядом неисследованныхвопросов, касающихся особенностейвзаимодействия армировки с подъемнымсосудом и крепью ствола, нерешеннойостается проблема крепления армировкианкерами с учетом необходимостикомпенсации фактических отклонений крепиот проектного положения. Это приводит кусложнению конструкции армировки иснижению ее технико-экономическойэффективности.

Дальнейшеесовершенствование расчета элементовбезрасстрельной армировки и технологии еемонтажа является актуальной задачейшахтного строительства.

Диссертационная работавыполнена в рамках темы НИР 17.05«Исследование геомеханических процессовподземного пространства, влияние этихпроцессов на сопутствующие среды и земнуюповерхность», выполняемую 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.).

Цель работы. Выбор и обоснование параметровбезрасстрельной армировки и технологии еемонтажа в вертикальных стволах на основевероятностной оценки временных нагрузокна конструкции, c учетом особенностейвзаимодействия системы «подъемный сосуд– армировка– крепьствола».

Идея работы. Расчет параметров безрасстрельнойармировки вертикальных стволов долженосуществляться на основании анализавзаимодействия системы «подъемный сосуд– армировка– крепьствола» при условии рассмотрениявероятных временных нагрузок на систему сучетом конструкций несущих ярусов и узлових крепления, конструкции проводников, атакже параметров крепи.

Методыисследования включаютаналитические расчеты на основе положенийи теорем теории вероятностей, численноемоделирование системы «подъемный сосуд– армировка– крепьствола» методом конечных элементов,статистический и корреляционный анализ итехнико-экономический анализ технологиимонтажа армировки в процессестроительства ствола.

Защищаемые научныеположения:

1. При взаимодействиидвижущихся подъемных сосудов с армировкойствола, на последнюю передается ряд неучитываемых при проектировании временныхдинамических нагрузок (сила Кориолиса,аэродинамический удар в месте встречиподъемных сосудов, вращающий момент откручения головного каната и вертикальнаянагрузка от неточности положенияпроводников), величина и одновременностьдействия которых определяются на основевероятностной оценки, учитывающейкинематику и тип подъема, глубину ствола,геометрические параметры и количествоподъемных сосудов.

2. Величина напряжений вкрепи ствола в зоне контакта с армировкой,вызванных динамическими воздействиями,передаваемыми движущимся подъемнымсосудом, является функцией скоростиподъема и при ее увеличении возрастает попараболической зависимости.

3. Применениекомбинированного анкерного крепленияконсольно-распорной и блочной армировки,предусматривающего установку боковыхраспоров на опорных кронштейнах, аостальных элементов – на выдвинутых в ствол анкерах,позволяет производить радиальноерегулирование армировки в пределах до 10 смбез снижения жесткости конструкции.

Новые научныерезультаты, полученные личносоискателем:

1. Полученыаналитические расчетные зависимости дляопределения величин временных нагрузок наармировку

– от силыКориолиса на различных по глубине участкахствола с нахождением координат границнаиболее опасного участка;

–аэродинамического удара в месте встречисосудов на основе вероятностной оценкиместа встречи скипов при использовании встволе одной или двух независимыхподъемных установок;

–результирующего вращающего момента откручения головных канатов прииспользовании одно- и многоканатныхподъемных установок на основевероятностной оценки возможных сочетанийнаправленности кручения каждого изголовных канатов;

–вертикальной силы, вызванной отклонениямипроводника, на основе статистическогоанализа результатов фактическойпрофилировки проводников, с учетомдоверительного интервала отклонений длязаданной доверительной вероятности.

2. Установлена степеннаякорреляционная зависимость величины областиконтакта несущего элемента армировки сгоризонтальными плитами кронштейнаузла крепленияот длины элемента с коэффициентомкорреляции 0,9937.

3. Установленазависимость коэффициента увеличениянапряжений в крепи ствола привозникновении нагрузок со стороныармировки, от интенсивности подъема скоэффициентом корреляции 0,9976.

Достоверность научныхположений, выводов и рекомендаций диссертационных исследованийобеспечивается использованиемапробированных методов теориивероятностей и математической статистики;представительным объемом обработанныхданных измерений отклонений проводниковот проектного положения; высокимизначениями коэффициентов корреляции,полученных автором зависимостей (0,9937 и0,9976), инженерно-техническими проработкамии проектными решениями; внедрением.

Научное значение работы заключается в обоснованиипараметров безрасстрельной армировки наоснове вероятностной оценки временныхнагрузок с учетом особенностейвзаимодействия системы «подъемный – сосуд – армировка – крепьствола».

Практическоезначение работы заключаетсяв совершенствовании методикипроектирования и технологии монтажаресурсосберегающей безрасстрельнойармировки вертикальных стволов скомбинированным анкернымкреплением.

Реализация работы.Основные результаты работыиспользованы ОАО «Ростовшахтострой» приразработке рабочей документации поармированию вентиляционного ствола №1шахты «Обуховская №1».

Апробация работы. Результаты диссертационной работыдоложены на международных научныхсимпозиумах «Неделя горняка – 2006» и «Неделягорняка – 2007»(МГГУ, г. Москва, 2006 и 2007 гг.), международнойконференции «Форум горняков – 2006» (НГУ, г.Днепропетровск, Украина), на LI – LIII научныхконференциях Шахтинского институтаЮРГТУ(НПИ) «Перспективы развитияВосточного Донбасса» (г. Шахты, 2006 – 2008 гг.), XIIмеждународной научной конференциистудентов, аспирантов и молодых ученых«Совершенствование технологиистроительства шахт и подземныхсооружений», (ДонНТУ, г. Донецк, Украина, 2006г), международной научной конференции«Проблемы подземного строительства инаправления развития тампонажа изакрепления горных пород» (АФ ВНУ им. Даля,г. Антрацит, Украина, 2006, 2007 гг.),международном научно-практическомсеминаре «Перспективные технологии добычии использования углей Донбасса»(ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 2009 г.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 12печатных работ.

Структура и объемработы: диссертационнаяработа состоит из введения, шести глав,заключения и приложения, содержит 144страницы машинописного текста, 71 рисунок, 29таблиц, список использованной литературыиз 106 наименований.

Основное содержаниеработы

Исследованиепрочностных и деформационныххарактеристик крепи стволов и жесткойармировки, процессов взаимодействиясистемы «подъемный сосуд – армировка»,разработка комплексной методики расчета ипроектирования жесткой армировки,выполнены в работах И.В. Баклашова,Н.С. Булычева, Н.Г. Гаркуши, О.А. Зале­со­ва, А.А. Храмова, Ф.И.Ягодкина и др. Разработке и исследованиямбезрасстрельных схем и конструкцийармировки, посвящены работыЮ.Я. Власен­ко,И.Г. Горенцвейга, И.Б. Доржинке­вича, Е.Б. Петренко,А.Ю. Прокопова и др. Вопросы технологиимонтажа и поддержания армировки,совершенствования ее конструкций нашлиотражение в трудах И.Г. Манца,И.А. Марты­нен­ко,В.И. Нечаенко, С.Г. Страданченко, И.С. Стоева,П.С. Сыркина, И.Г. Шинкаря, Н.К. Шафранова идругих ученых. Исследованиюработоспособности элементовбезрасстрельной армировки и узловкрепления армировкианкерами, разработке и испытанию новыхконструкцийармировки, способов крепления расстрелов иконсолей посвящены работы И.В. Баронского,А.В. Будника, С.В. Борщевского, В.В Левита, Е.М. Мар­гулиса, Ю.Б. Пильча,Ф.И. Ягодкина и др.

В настоящее время припроектировании безрасстрельной армировкивертикальных стволов ее, как правило,рассматривают как отдельную конструкцию,без учета особенностей взаимодействияузлов крепления армировки с крепью ствола.Расчет параметров армировки производитсяна действие основных динамическихнагрузок, возникающих вследствиегоризонтальных колебаний сосуда,движущегося с постоянной скоростью попроводникам с периодически изменяющейсяпоперечной жесткостью. Остальные нагрузки считаются второстепенными иих величиной пренебрегают или учитываютнекоторымкоэффициентом запаса. Такой подходявляется формальным и может привести к ошибкам приопределении параметров безрасстрельнойармировки глубоких стволов, характеризующихсясложным взаимодействием системы«подъемныйсосуд –армировка –крепь ствола».

В диссертационныхисследованиях А.Ю. Прокопова предлагаетсяновый подход к проектированию жесткойармировки глубоких стволов, согласнокоторому эксплуатационные (лобовая ибоковая) нагрузки на армировкурассчитываются по формулам, учитывающимдействие ряда дополнительных факторов(силы Кориолиса, аэродинамический удар вместе встречи подъемных сосудов, нагрузкувследствие кручения подъемного каната;нагрузку вследствие одновременноговлияния эксцентриситета загрузки иотклонения подъемного сосуда от вертикалии др.)

Предложенный подход,несмотря на определенные достоинства,связанные с появлением возможности учетацелого ряда дополнительных факторов,действующих в системе «подъемный сосуд– армировка– крепьствола», обладает недостатком,заключающимся в допущении одновременноговлияния на армировку всехвышеперечисленных факторов, при чем вварианте их наиболее неблагоприятногосочетания. Такая формализация припроектировании в ряде случаев приводит кчрезмерно завышенным коэффициентам запасапри подборе профилей расстрелов,проводников, узлов крепления и другихпараметров жесткой армировки, так какусловно считается, что все дополнительныенагрузки возникнут на одном ярусе в один итот же момент времени и при этом их векторыбудут однонаправлены, т.е. нагрузкисуммируются по модулю. Несмотря на то, чтотеоретически такое сложение нагрузок наодном ярусе возможно, вероятностьвозникновения такой ситуации на практикеочень низка, поэтому предлагаетсяусовершенствовать указанную методику наоснове вероятностной оценки возможныхсочетаний вышеуказанных нагрузок.

Для этого произведемоценку вероятности появления каждой извременных динамических нагрузок, а затемвероятность их одновременноговозникновения на одном ярусе или участкедвижения подъемного сосуда.

Сила Кориолиса на разных участках ствола зависит откинематики подъема, при этом наибольшее еезначение наблюдается в точке,соответствующей моменту окончанияравноускоренного движения после наборагруженым подъемным сосудом максимальнойскорости своего движения. Данный моментвремени от начала движения скипаопределится формулой:

,

где – момент времени отначала движения груженого скипа, накоторый приходится максимальное значениесилы Кориолиса, с;

– скорость груженогоскипа при выходе из загрузочных кривых имаксимальная скорость его движениясоответственно, м/с;

a1, a2 –ускорение скипа при выходе из загрузочныхкривых и ускорение скипа до наборамаксимальной скорости соответственно,м/с2.

Координата точкиотносительно начала движения груженогоскипа, на которую приходится максимальноезначение силы Кориолиса, определится извыражения

.

Проведенныеисследования позволяют заключить, что учетвлияния силы Кориолиса на армировкуцелесообразен только для среднегоинтервала ствола (hн, hв), покоторому подъемный сосуд движется смаксимальной скоростью. Границы этогоинтервала по глубине:

– нижняя;

– верхняя,

где Hп – полная высотаподъема, м; – скорость груженогоскипа при входе в разгрузочные кривые, м/с;a4,a3– замедлениескипа при входе в разгрузочные кривые изамедление скипа от максимальной скоростидо соответственно, м/с2.

Для интервалов подъема и влияниемсилы Кориолиса можно пренебречь.

Аэродинамический удар вместе встречи сосудов. Вслучае применения в стволе одной подъемнойустановки место встречи подъемных сосудови соответственно аэродинамической ударнойнагрузки на армировку ограничитсякоротким средним по глубине участкомствола. Найдем координаты возможнойвстречи подъемных сосудов и номера ярусовармировки, на которые придетсяаэродинамический удар.

Расчетная схема копределению этих координат приведена нарис. 1, из которого следует, что координататочки максимальной нагрузки на армировкувследствие аэродинамического удара вместе встречи подъемных сосудовопределится из выражения

.

Эта координата будетсоответствовать той точке, в которой точносовпадет положение скипов по глубине.Однако, учитывая высоту подъемных сосудов,которая для большегрузных скиповдостигает 14 – 16м и более, необходимо выделить не точку, аинтервал их взаимодействия, который будетзанимать в зависимости от шага армировки,несколько ее ярусов. Именно эти ярусы припроектировании армировки и будетнеобходимо рассчитывать на ударнуюаэродинамическую нагрузку.

Верхняя yв инижняя координаты, ограничивающиеинтервал аэродинамическоговзаимодействия скипов, определятся поформулам

и.

Определим номера ярусовармировки n (считая вниз от нулевой рамы),которые должны рассчитываться нааэродинамические нагрузки. Номера этихярусов должны удовлетворять условию

,

где – номерасоответственно верхнего и нижнего ярусов,ограничивающих интервал (yв, yн),

; .

Общее количество ярусовNяр, приходящихся на интервалаэродинамического взаимодействия скипов,будет зависеть от высоты скипов и шагаармировки и определяться из соотношения. Количество ярусовармировки, подвергаемых аэродинамическомувоздействию колеблется от 3 – 5 при использованиискипов малых типоразмеров (10-12 т) до 7 – 13 (в зависимости отшага армировки) – при большегрузных скипах (60 - 100т).

В случае использования водном стволе двух подъемных установок,работающих на загрузку, выдачу и разгрузкугорной массы независимо друг от друга,место (участок) их встречи будет случайным,и может быть охарактеризован только спомощью понятий, теорем и аксиом теориивероятностей.



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.