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 | 4 || 6 | 7 |

Совершенствование методологии прогноза состояния геотехнических систем и управления их устойчивостью на открытых горных работах

-- [ Страница 5 ] --

Закономерности формообразования и деформирования экскаваторных отвалов

В результате анализа данных об изменении геометрических параметрах физических моделей отвалов в процессе их формирования из смесей, эквивалентных по составу и свойствам песчано-глинистым отвальным породам, выявлены три стадии формообразования (рис. 5), отличающиеся по степени, интенсивности и характеру изменения геометрических параметров откосов (высоты и трех углов: m,o – угла откоса, измеренного от основания отвала; m,g – результирующего угла откоса; m,с – угла, измеренного в пределах прямолинейного участка линии откоса).

Диапазоны изменения параметров моделей отвалов:

m,о = 15 m,о = 14… 15,5 m,о = 9… 11 m,g = 7,4 m,с = 6,5… 8,5 m,g = 8,9…11

m,g = 6,7…7,4 m,o = m,c

Параметры отвалов:

n,c = 37… 38 n,c = 36… 38 n,o= n,c = 42… 45

n,g = 32… 37 n,g= 38… 44

Рис. 5. Изменение параметров и формы моделей отвалов в процессе отсыпки

в них материалов эквивалентных:

1 и 2 – суглинку тугопластичному, содержащему крупные куски глин и не содержащему такого рода

включений соответственно ( = 1,1 1,8 г/см3; с = 0,04 22 кПа; = 12 21);

3 – супеси твердой ( = 1,2 1,8 г/см3; с = 0 25 кПа; = 27 29);

I – стадия увеличения угла откоса; II – стадия поверхностных оползней;

III – стадия глубоких локальных циклических оползней;

III* – стадия циклического оседания и расширения конусообразного массива;

- зона с максимальным содержанием включений;

- зона с минимальным содержанием включений;

- область кольца разброса;

- профиль отвала в начале цикла;

- профиль в середине цикла;

- профиль в конце цикла

На первой стадии быстро увеличиваются высота и контролируемые углы, порции смесей остаются на месте, а отвалы не деформируются; на второй стадии по мере увеличения высоты углы отвала изменяются несущественно, при этом порции смеси не остаются на месте, а скользят по склону. В конце этой стадии начинают формироваться глубокие трещины. На третьей стадии геометрические параметры откосов периодически достигают значений, при которых конусные отвалы начинают деформироваться. При этом высота отвала уменьшается, а линия откоса отклоняется от прямолинейного положения. В ходе дальнейшей отсыпки высота отвала увеличивается, а степень отклонения линии откоса от прямолинейного положения уменьшается. На следующей стадии отвал деформируется уже при меньшем результирующем угле откоса.

Установлено, что уменьшение сцепления в верхних слоях песчано-глинистого отвала приводит к увеличению высоты, при которой конусные отвалы начинают периодически деформироваться.

При более высоких значениях угла внутреннего трения и более низких значениях сцепления профили отвальных конусов приобретают выпуклую форму (рис. 6, а).

а)




б)

б)




















Рис. 6. Параметры моделей отвалов, сформированных из материалов эквивалентных:

а - суглинку; б – супеси

При более низких значениях угла внутреннего трения и более высоких значениях сцепления линия откоса отвального конуса на последнем этапе его формирования приобретает вогнутую форму в результате того, что на наиболее крутых участках откоса развиваются локальные оползни, захватывающие все большие площади по мере увеличения высоты отвала. Деформации такого рода на последней стадии формирования отвала приводят к периодическому изменению параметров h, o и g, а также к плавному уменьшению угла с, измеренного в пределах прямолинейного (среднего) участка линии откоса (рис. 6, б).

Наличие крупных включений в составе смеси приводит к тому, что верхний и нижний участки линии откоса в процессе отсыпки постепенно искривляются. При этом верхняя часть откоса приобретает выпуклую форму, а нижняя – вогнутую. Степень отклонения линии откоса от прямолинейного положения возрастает по мере увеличения содержания включений в исходной смеси, их среднего размера и высоты разгрузки ковша. Переход в третью стадию имеет место при содержании включений в смеси, превышающем 5 %.

Методом физического моделирования установлено (рис. 7), а методом математического моделирования и данными о причинах простоев шагающих экскаваторов подтверждено то, что сначала угол наклона базы достигает предельного при работе экскаватора значения. Затем своего критического уровня достигает ее осадка.

В результате анализа данных, полученных при равномерной подрезке по периметру откосов физических моделей песчано-глинистых конусообразных отвалов, используемых в качестве рабочих площадок драглайнов, с заданным шагом изменения угла откоса, установлено следующее.

Опасный, с точки зрения потери экскаватором устойчивости, крен Ik2 развивается в основании базы либо при потере устойчивости подрезанным откосом, либо несущей способности основанием.

По мере увеличения высоты отвала, сужается сектор, в пределах которого подрезка откоса приводит к развитию оползня. Пока размер такого сектора превышает 180, разрушение откоса не сопровождается развитием заметного крена в основании базы экскаватора, т.е. не представляет для него опасности. При высоте отвала - 15… 18 м размер сектора оползня сокращается в 3… 4 раза, а крен увеличивается до критического значения, т.е. возникает угроза потери экскаватором устойчивости. В связи с этим подрезка откосов песчано-глинистых отвалов высотой более 15 м, при работе на них драглайнов даже в пределах небольших секторов признана опасной (см. рис. 7).

На рис. 2 и 8 нашла отражение достаточно высокая степень сходимости между расчетными и фактическими параметрами отвалов и их моделей, подтверждающая высокую степень надежности оценок их состояния, получаемых с помощью предложенной методики.

Методика оценки условий функционирования экскаваторно-отвальных

систем по вероятностям отказов и степени использования

ресурсов их элементов

Разработанная методика основана на использовании методов системного анализа, теории надежности и теории рисков (рис. 9).

Рис. 9. Алгоритм анализа условий функционирования экскаваторно-отвальных систем

В ходе реализации этой методики выделены основные технические характеристики шагающих экскаваторов, влияющие на условия их эксплуатации, а именно: среднее давление на основание при работе; тип механизма передвижения, от которого зависят траектория движения базы и предельный уровень ее осадки; допустимые уклоны при работе и передвижении.

По величине среднего давления Рб, драглайны разделены на четыре класса: 1) легкие (Рб не более 0,06 МПа); 2) экскаваторы среднего класса (Рб – 0,08…0,10 МПа); 3) тяжелые (Рб – 0,11…0,14 МПа); 4) сверхтяжелые (Рб не менее 0,18 МПа).

По уровню допустимой осадки базы – на три подкласса: с механическим приводом (Skmin); с гидравлическим приводом и неполным отрывом базы от основания при ее перемещении (Skcp); с полным отрывом базы от основания (Skmaх).

По сочетаниям уровней количественных показателей эксплуатационной безопасности (допустимых значений осадки базы – Sk, углов наклона экскаватора при работе – Ik1 и передвижении – Ik2) драглайны разделены на пять групп: легкие (Ik1min, Ik2cp, Skmin); среднего класса (Ik1 min, Ik2maх, Skcp); последние модификации экскаваторов среднего класса (Ik1maх, Ik2maх, Skcp); тяжелые (Ik1maх, Ik2cp, Skcp) и сверхтяжелые (Ik1cp, Ik2min, Skmaх).

Допустимые осадки нормированы с учетом конструктивных особенностей механизмов передвижения драглайнов и циклического изменения положения точки приложения вертикальной нагрузки в процессе поворота экскаватора относительно центральной оси базы.

Проанализированы случаи отказов рассматриваемой геотехнической системы. Вероятными признаны следующие аварийные ситуации: 1) разрушение роликов опорного круга вследствие их перегрузки при превышении углом наклона базы допустимого при работе драглайна значения; 2) потеря экскаватором способности самостоятельно передвигаться вследствие развития недопустимой осадки в основании его базы; 3) потеря экскаватором устойчивости вследствие превышения углом наклона базы критического значения при стабильном состоянии остальных элементов рассматриваемой геотехнической системы – отвала и его основания; 4) разрушение экскаватора вследствие потери откосом устойчивости или основанием несущей способности.

С учетом объемов потерь первые две ситуации отнесены к низшему уровню опасности, последние две – к высшему.

Выделены и представлены в виде логических схем (17) и (18) два уровня безотказности системы: 1) не допускающего ни одной из возможных аварийных ситуаций; 2) не допускающего только те ситуации, при которых система реанимирована быть не может.

I > Ik1 S > Sk I > Ik2 Uk ; (17)

I > Ik2 Uk, (18)

где I и S – расчетные значения крена базы и ее осадки; Uk – качественный показатель, свидетельствующий о потере основанием несущей способность или откосом устойчивости.

На обоих уровнях вероятность отказа рассматриваемой системы в целом Р принята равной максимальной из вероятностей отказов системы в проверяемых ситуациях, т.е. P = Pmax,i. (19)

Среди способов формирования рабочих площадок для экскаваторов на отвалах выделены два способа: 1) способ формирования временного отвала, предусматривающий срезку верхней части отвального конуса до уровня, обеспечивающего размещение базы экскаватора в границах ядра отвала; 2) способ формирования подсыпки, предусматривающий отсыпку экскаватором массива с горизонтальной площадкой.

Расчетные крены и осадки баз экскаваторов предложено определять с помощью системы соотношений (20), а входящие в нее значения средней осадки , несущую способность основания и устойчивость откоса нагруженного драглайном отвала оценивать по решениям упругопластических задач, полученным МКЭ при их пространственной осесимметричной постановке, отвечающей условиям взаимодействия элементов рассматриваемой геотехнической системы.

S = + i D /2; i = is + ip; is = (S1 - S2)/ D; ; M = R Р, (20)

где D – диаметр базы экскаватора; i – максимальное значение ее крена; (S1 - S2) – максимальная разница между краевыми осадками, по результатам пенетрационных испытаний принятая равной 0,8·; R – максимальный радиус разгрузки ковша; Р – допустимое усилие на конце стрелы; и Е – деформационные характеристики сжимаемой толщи;

ke и km – коэффициенты, учитывающие условия передачи нагрузки на основание.

При математическом моделировании напряженно-деформированного состояния экскаваторно-отвальных систем использовались расчетные схемы, отличающиеся по техническим характеристикам экскаватора, геометрическим параметрам отвала, числу и положению границ между квазиоднородными зонами. При этом дополнительные усилия от экскаваторов различных марок передавались на временные отвалы и подсыпки с естественными и подрезанными откосами. Квазиоднородным по плотности зонам, выделенным с учетом способов формирования рабочих площадок, присваивались средние оценки показателей механических свойств. Установленные методом математического моделирования изменения напряженно-деформированного состояния нагруженных отвалов критические высоты Н и углы откоса временных отвалов и подсыпок приведены на рис. 10.

а) б)

Рис. 10. Предельные параметры: а – временных отвалов; б – подсыпок;

1, 2, 3, 4 и 5 – зависимости, соответствующие маркам шагающих экскаваторов

ЭШ-6/45, ЭШ-10/70, ЭШ-15/90, ЭШ 20/90 и ЭШ 100/100

На предположении о нормальном распределении расчетных значений контролируемого параметра геотехнической системы, полученных при использовании кортежей входных данных, составленных из показателей физико-механических свойств пород, разыгранных с помощью генератора случайных чисел, основан предложенный порядок построения функций рисков, позволивший сократить объем расчетов до нескольких десятков вариантов. В ходе его реализации предельным значениям контролируемого параметра, полученным при использовании верхних, средних и нижних оценок показателей свойств пород в выделенных зонах, ставились в соответствие нулевой, пятидесяти- и стопроцентный уровни рисков. В случаях недостижения пятидесяти процентного уровня в расчетах использовались промежуточные оценки свойств пород.

В рамках предложенного подхода высоты временных отвалов и подсыпок, удовлетворяющие условию Р < 50 %, рассматриваются как допустимые ( рис. 11).


ЭШ 20/90 и ЭШ 100/100 – PIk2 = 0

Рис. 11. Области неиспользованных ресурсов экскаваторно-отвальных геотехнических систем и функции рисков: а – потери массивом несущей способности;

б и в – развития недопустимых осадок и кренов в основаниях баз драглайнов, работающих на временных отвалах – I и подсыпках – II; 1 и 2 – предельные уровни установки экскаваторов ЭШ-20/90 и ЭШ-100/100;

3, 4 и 5 – границы опасных зон при уровнях риска – 20, 40 и 50 % соответственно;

– область неиспользованного ресурса экскаватора ЭШ-20/90;

– область неиспользованного ресурса экскаватора ЭШ-100/100;

– функции рисков отказов в системе, содержащей ЭШ-20/90;

– функции рисков отказов в системе, содержащей ЭШ-100/100

Первому уровню безотказности рассматриваемой геотехнической системы в соответствии с условиями (17 и 19) отвечают обобщенные функции рисков, представленные на рис. 11 I и II, в, а второму уровню в соответствии с условиями (18 и 19) – приведенные на рис. 11 I и II, а.

На основании результатов, полученных при физическом и математическом моделировании состояния отвалов, использующихся в качестве рабочих площадок драглайнов, из первоначального перечня показателей эксплуатационной безопасности исключено значение Ik2. Это позволило разделить шагающие экскаваторы на три группы (табл. 3).

Таблица 3

Группы шагающих экскаваторов, отличающиеся по степени использования

ресурса технических характеристик при работе на песчано-глинистых отвалах

Максимальная степеньп Средняя степеньп Минимальная степеньп
Тяжелые экскаваторы и последние модификации экскаваторов среднего класса с гидравлическим приводом Сверхтяжелые экскаваторы Легкие экскаваторы и экскаваторы среднего класса с механическим приводом


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
 





 
© 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.