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 ||

Параметров чугунно-бетонной крепивертикальных стволов

-- [ Страница 2 ] --

Ряд 1, 3, 5, 7 – изменениенапряжений на внутренней поверхностирёбер тюбингов, соответственно при бетонеВ20 толщиной 0,5 м, В40 толщиной 0,3 м, В20толщиной 0,3 м, и =37500 МПа,В40 толщиной 0,2 м, и =45500МПа.

Ряд 2, 4, 6, 8 – изменениенапряжений на внутренней стороне слоябетона, соответственно при толщине 0,5 м, В20,толщине 0,3 м, В40, толщине 0,3 м, В20, и =37500 МПа, толщине 0,2 м, В40, и =45500 МПа.

3. Толщину затюбинговогослоя при использовании высокомодульныхбетонов можно сокращать, по сравнению собычным бетоном того же класса попрочности, без снижения несущейспособности крепи.

4. Применениевысокомодульных бетонов вчугунно-бетонной крепи приводит к болееблагоприятному распределению напряжениймежду слоями и, как следствие, к повышениюнесущей способности крепи.

Для определенияпараметров бетона, при которых напряженияв материале крепи будутравнопропорциональны их прочности,автором разработана соответствующаяметодика расчёта. Расчётная схемапредставлена на рис. 4.

Расчёт по предлагаемойметодике выполняется в следующейпоследовательности:

1. В соответствии сметодикой, рекомендованной приложением кСНиП «Руководство по проектированиюподземных горных выработок и расчётукрепи», находим значения напряжений вчугуне рёбертюбингов () и бетоне () приварьировании величин модуля деформациибетона () и нагрузки на крепь(p05).

2. Определяемотносительную величину напряжений:

, %

, %

Рисунок 4 - Схема к расчётучугунно-бетонной крепи

1 – условно выделенный при расчётеслой, моделирующий внутренние рёбратюбингов; 2 - спинки тюбингов; 3 – условно выделенныйпри расчёте слой, моделирующий внешниерёбра - бетон; 4 - затюбинговый слой бетона; 5- передовой бетон.

где -относительные максимальные напряжения вчугуне, %;

- максимальные напряжениявозникающие в чугуне внутренних рёбертюбингов, МПа;

- расчётное сопротивление чугунасжатию, МПа.

- относительные максимальныенапряжения в бетоне, %;

- максимальные напряжения,возникающие в бетоне, МПа;

-объёмная прочность бетона,МПа;

3. Определяемзависимость для первого (рёбратюбингов) и пятого (бетон) слоёв, согласнопринятой методике расчёта первымидостигающими предельного состояния, от при варьированиинагрузки на крепь (p05). В качестве примераприведён график, который был получен прирасчёте крепи скипового ствола рудника«Мир» (см. рис. 5).

4. Находим величину для каждого значенияp05, при которой выполняетсяравенство:

Для этогоаппроксимируем полученные данные (см. рис. 5графики 1-12) полиномиальной функциейвторого порядка вида , где, . Далееприравниваем уравнения рядов 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6,7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 и, решая системы уравнений,находим значения , прикоторых выполняется условие , и соответствующие значения .

5. Полученные данныеаппроксимируем полиномиальной функциейвторого порядка вида , где, , см. рис.5, ряд 13.

 Рисунок 5 - Зависимостьотносительных напряжений () отмодуля деформации бетона () -46

Рисунок 5 - Зависимостьотносительных напряжений () отмодуля деформации бетона ()

где 1-12 – графики зависимости от , приразличных значениях p05.

Скорости ростаотносительных нагрузок в бетоне и чугунеразличны, поэтому добиться соблюденияусловия можно лишь при одномзначении . Поставим условие и , т. е.в этом случае и , таким образом находим наиболеерациональное значение призаданных условиях (графическое выражениесм. рис. 5 точка пересечения графиком 13уровня ).

Для упрощения процессаопределения рационального значения автором методом четырёхфакторнойклассификации в греко-латинском квадратебыли выделены основные влияющие факторы, вчисло которых вошли: диаметр ствола (D), толщина стенкитюбинга () и класс бетона попрочности (). Далее дляширокого спектра условий:

  • диаметров стволов от 6 до 9 м всвету,
  • тюбингов с толщиной спинки от 40 до 100мм,
  • бетонов от В20 до В50

выполнен комплексрасчётов, позволивший методомаппроксимациии полученных данных и ихуточнением методом последовательныхприближений вывести уравнения в видеполиномов второй степени. Полученныезависимости позволяют с высокой точностью(среднеквадратичное отклонение не ниже 0,98)определять наиболее рациональное значениемодуля деформации бетона для конкретныхусловий (см. табл. 1).

Таблица 1 - Полученныезависимости рационального модулядеформации

бетона от диаметраствола, прочности бетона

и толщины стенкитюбинга

Диаметрствола в свету D, м

Выявленнаязависимость

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

В настоящее время пристроительстве стволов применяют двеосновные технологические схемы возведениячугунно-бетонной крепи. В первом случае припроходке по замороженным, слабым,неустойчивым породам, в забое возводят спомощью передвижной опалубки монолитнуюбетонную крепь. Чугунные тюбингиустанавливают заходками снизу вверх,оставшееся пространство шириной 100-200 мм,иногда более, заполняют цементно-песчанымраствором. Во втором случае в достаточноустойчивых породах, чугунные тюбингинавешивают из забоя; бетон в затюбинговоепространство укладывают заходками длинойдо 15 м, иногда и более, черезсоответствующие отверстия. Ни одна изуказанных схем крепления не обеспечиваетэкономичного расхода материалов, обе имеютвысокую трудоёмкость и отрицательносказываются на скорости строительствастволов.

С точки зренияиспользования бетонов с повышенныммодулем деформации обе схемы неприменимы.Первая - ввиду невозможности использованияжёстких смесей с размерами зёрен крупногозаполнителя более 20 мм, вторая - ввидунеобходимости длительной самостоятельнойработы передовой крепи.

Разработанная авторомтехнология возведения комбинированнойкрепи по параллельной схеме (см. рис. 6)позволяет возводить трёхслойнуюконструкцию с небольшим отставаниемнавески тюбингов, что существенно снижаетнеобходимую мощность передового бетона,ширину монтажного зазора, соответственнорасширяет область её применения, и,главное, даёт возможность использовать прикреплении бетоны с повышенным модулемдеформации. Сущность предлагаемойтехнологии заключается в следующем.

 Рисунок 6 - Предлагаемаясхема возведения -69

Рисунок 6 - Предлагаемаясхема возведения комбинированнойчугунно-бетонной крепи

1 – металлическая передвижнаяопалубка; 2 –передовой бетон; 3 –подвеснойпроходческий полок; 4 –электроталь; 5 –став чугунной тюбинговой крепи; 6–погрузочнаямашина; 7 –поддон; 8 –затюбинговый бетон; 9 –шланг подачизатюбингового бетона/цементногораствора.

Основные проходческиепроцессы –бурение шпуров, заряжание, взрывание,погрузка породы и выдача её на поверхностьосуществляются в обычном порядке, сиспользованием стандартной проходческойтехники. Навеска тюбингов производится смодернизированного полка. К обычномудвухэтажному полку достраивается двадополнительных этажа, каждый из которыхоборудуется талью и круговым монорельсомдля её передвижения. На верхнем этажеустанавливается бункер для приёма бетона.

Процесс возведениякрепи ведётся параллельно с основнымипроходческими процессами. В забое ствола спомощью передвижной секционной опалубки,укладывают бетонную смесь. При этомкачество работ по сравнению с укладкойбетона за тюбинги существенно повышается.Например, при применении жёстких смесей скрупным заполнителем более 40 мм появляетсявозможность применять уплотнениевибраторами. Спуск бетона производитсяспециальными контейнерами, выгрузкакоторых в приёмное устройствоосуществляется на верхнем этажепроходческого полка. Тюбинги навешивают сверхних этажей проходческого полка припомощи, специально установленных для этойцели 2-4 талей (в зависимости от диаметраствола).

Заполнение зазора междутюбингами и передовой крепью бетоном(цементным) раствором может выполнятьсяпосле навески каждой заходки, илинескольких, в зависимости от состояниявмещающего породного массива исоответственно передовой крепи. К нижнемукольцу тюбингов крепится поддон,препятствующий выдавливанию раствора.

На рис. 7 представленыграфики, характеризующие затраты труда,определённые для ствола закрепляемогокомбинированной крепью с обычным бетоном,по последовательной, и с повышенныммодулем деформации, по предлагаемойсхеме.

Существенное снижениетрудоёмкости при проходке по предлагаемойтехнологии достигается за счёт:

  • уменьшения объёмавынимаемой горной массы (снижается общаятолщина крепи, уменьшаютсяпереборы);
  • снижения объёмов работпо бурению и заряжанию;
  • сокращения объёмаработ по погрузке и выдаче породы;
  • уменьшения объёмаработ по укладке бетона;
  • перехода от крайнетрудоёмкой операции по укладке бетона затюбинги к его укладке за опалубку.

 Рисунок 7 - Зависимостьизменения затрат труда при -70

Рисунок 7 - Зависимостьизменения затрат труда при возведениикомбинированной чугунно-бетонной крепи поразличным схемам

Ряды 1-5 крепь с обычнымбетоном, толщина слоя соответственно от 0,3до 0,7; ряды 6-9 крепь с бетоном с повышенныммодулем деформации,

толщина слоя 0,2-0,5.

Скорость проходкиповышается благодаря:

  • выполнению одного изнаиболее трудоёмких и длительныхпроцессов - навески тюбингов - параллельнос основными проходческимиоперациями;
  • сокращениютрудоёмкости основных проходческихпроцессов (бурение, уборка породы,крепление).

Для оценкиэкономической эффективности применения вкомбинированной чугунно-бетонной крепибетонов с повышенным модулем деформациибыли выделены наиболее распространённыеусловия сооружения стволов с указаннойкрепью, и для них выполнен соответствующийрасчёт. Сравнивались варианты заменыобычного бетона с толщиной слоя 0,5; 0,6; 0,7 м,на, дающий при применении равную илибольшую суммарную несущую способностькрепи, высокомодульный, с толщиной слоясоответственно, - 0,3, 0,35, 0,4 м, при диаметрестволов в свету от 6 до 9 м, проходимых впородах прочностью по шкале проф.Протодьяконова f=2-3; 4-6; 7-9. При расчёте предполагалось,что экономиясредств будет происходить за счётуменьшения:

  1. объёмаиспользуемых материалов (бетона);
  2. объёмов выполненияработ (по разрушению породы, бурению,погрузке);
  3. сроковстроительства.

Для упрощения процессавнедрения результатов диссертационногоисследования в проектных иконструкторских организациях, встандартной программе Microsoft Exel былоразработано приложение, позволяющеесущественно сократить время итрудоёмкость расчётов по экономическойоценке вводимых новшеств в определённомвыше диапазоне условий.

Величина суммарногоэкономического эффекта по всемперечисленным позициям, рассчитанная дляучастка ствола высотой 100 м, представленана рис. 8.

 Рисунок 8 - Экономиясредств при замене обычного бетонавысокомодульным,-71

Рисунок 8 - Экономиясредств при замене обычного бетонавысокомодульным, в % к сметной стоимостистроительства, при проходке стволов впородах крепостью f=2-3

Таким образом, поэкономической целесообразности внедренияпредложенных решений делаем вывод: заменаобычного бетона высокомодульным позволяетуменьшить его расход в 1,5-2,7 раза, взависимости от принятых конструктивныхрешений и условий проходки; суммарнаяэкономия по перечисленным факторам, при ихразличном сочетании, может достигать 5% отобщей сметной стоимости проходки ствола.Предлагаемый подход к проектированиюкомбинированных чугунно-бетонных крепейявляется экономически целесообразным ипозволяет достичь значительной экономиисредств и материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационнойработе решена актуальная задача в областикрепления вертикальных стволовкомбинированной чугунно-бетонной крепью,обеспечивающая увеличение её несущейспособности, технологичности возведения,экономической эффективности применения,повышение скоростей проходки и качестваработ по креплению при минимальныхкапитальных затратах.

Основные научные ипрактические результаты работызаключаются в следующем:

1. Выявлен недостатокприменяемого подхода к проектированиюпараметров чугунно-бетонной крепи итехнологии её возведения.

2. Разработан и обоснованпринципиальный подход к использованиюбетонов с повышенным модулем деформации вчугунно-бетонной крепи.

3. Разработана методикарасчёта и проектирования комбинированнойчугунно-бетонной крепи при использованиибетона с повышенным модулем деформации.

4. Разработанатехнология крепления вертикальных стволовчугунно-бетонной крепью, позволяющаяиспользовать бетоны с повышенным модулемдеформации.

5. Определена областьприменения предлагаемых конструктивных итехнологических решений.

6. Произведенатехнико-экономическая оценка предлагаемыхрешений.

Основные результатыдиссертационного исследованияопубликованы в следующих работах:

  1. Плешко М.С., Масленников С.А.Прогрессивные подходы к проектированиюглубоких вертикальных стволов / Горныйинформационно-аналитический бюллетень.– Тематическоеприложение «Физика горных пород». – М.: МГГУ, 2006. – С. 409-416.
  2. Масленников С.А. Анализэффективности технологических схемпроходки вертикальных стволов всовременных условиях / Научно техническиепроблемы разработки месторожденийполезных ископаемых, шахтного и подземногостроительства: сб. науч. тр./ Шахтинскийинститут ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ«Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2006. – С. 130 – 135.
  3. Масленников С.А. Особенности БВР припроходке стволов закрепляемыхкомбинированной крепью на примерескипового ствола рудника «Мир» / Горныйинформационно-аналитический бюллетень.– М.: МГГУ, 2007. -№10– С.132-137.
  4. Масленников С.А. Состояние иперспективы строительства вертикальныхстволов в Российской Федерации /Перспективы развития Восточного Донбасса.Часть 1: сб. науч тр./Шахтинский институт(филиал) ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2008. – С. 174 -191.
  5. Масленников С.А., Аппас А. Состояние иперспективы техники проходки вертикальныхстволов в Германии / Перспективы развитияВосточного Донбасса. Часть 1: сб. научтр./Шахтинский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ).– Новочеркасск:УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008. – С. 191 - 199.
  6. Масленников С.А. Обоснование выборатехнологической схемы возведениячугунно-бетонной крепи на примерескипового ствола рудника «Мир» /Перспективы развития Восточного Донбасса.Часть 1: сб. науч тр./Шахтинский институт(филиал) ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2008. – С. 199 -206.
  7. Масленников С.А. Перспективысовершенствования двухслойнойчугунно-бетонной крепи вертикальныхстволов / Тезисы докладов 2-й междунар.научн.-пр. конф. "Перспективы освоенияподземного пространства". - Д.: Национальныйгорный университет, 2008. - С. 37-40.
  8. Масленников С.А. Методикаопределения рационального модулядеформации бетона в комбинированнойчугунно-бетонной крепи / Горныйинформационно-аналитический бюллетень.– М.: МГГУ, 2009. -№4 – С.205-210.
  9. Масленников С.А. Обоснованиерациональных параметров комбинированнойчугунно-бетонной крепи вертикальныхстволов / Горныйинформационно-аналитический бюллетень.– М.: МГГУ, 2009. -№4 – С.210-214.
  10. Масленников С.А. Особенности работыбетона в комбинированной чугунно-бетоннойкрепи / Совершенствование технологиистроительства шахт и подземных сооружений.Сб. научн. трудов. Вып. 15. – Донецк: «Норд-Пресс»,2009. – С.16-18.
  11. Страданченко С.Г., Масленников С.А.Определение рациональных параметровбетона, используемого в чугунно-бетоннойкрепи / Совершенствование технологиистроительства шахт и подземных сооружений.Сб. научн. трудов. Вып. 15. – Донецк: «Норд-Пресс»,2009. – С.21-23.


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.