Обоснование рациональных параметров чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов
Масленников С. А. Анализ эффективности технологических схем проходки вертикальных стволов в современных условиях / Научно технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых, шахтного и подземного строительства: сб. науч. тр./ Шах-тинский институт ЮРГТУ (НПИ). — Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2006. — С. 130 — 135. Масленников С. А. Обоснование выбора технологической схемы… Читать ещё >
Обоснование рациональных параметров чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание
Актуальность работы. В настоящее время горнодобывающая отрасль России выходит из состояния кризиса середины 90-х годов. ятся новые, реконструируются старые предприятия [40]. В сложном комплексе технологически взаимосвязанных капитальных, подготовительных и очистных выработок горного предприятия особое положение занимают вертикальные стволы. Во времяительства, они, находясь на критическом пути, в значительной мере определяют продолжительность сооружения шахты в целом. Во время эксплуатации, являясь главной транспортной, вентиляционной и коммуникационной магистралью, связывающей подземный и поверхностный комплексы в единую систему, обусловливают надёжность и бесперебойность работы горного предприятия.
Исчерпание запасов полезного ископаемого находящегося на небольшой глубине (до 300 м) и залегающего в благоприятных горно-геологических условиях привело к тому, что всё большее значение приобретает добыча сырья в районах распространения вечной мерзлоты, повышенного горного давления на больших глубинах (св. 700 м), зонах геологических нарушений, при высоком гидростатическом напоре. В подобных условиях применение, при сооружении вертикальных стволов, наиболее распространённых (достигали 96−98% от среднегодового объёма проходки стволов в горной промышленности во второй половине XX века [14]), монолитной бетонной и железобетонной крепей часто нерационально или невозможно.
В настоящее время около 200 стволов закреплённых бетоном имеют нарушения крепи [30]. Попытки повышения несущей способности за счёт увеличения толщины или прочностных характеристик бетона не позволяют существенно расширить область их применения [3,4,12,52]. В слабых, обладающих высокой степенью ползучести породах, при необходимости обеспечения качественной гидроизоляции часто наиболее приемлемым вариантом оказывается возведение комбинированной чугунно-бетонной крепи [20,45]. В последние 510 лет такое решение принимается всё чаще, как, например, при строительстве стволов рудников «Мир», «Удачный», «Таймырский», ГОКа «Гайский» и др. [10,11,35,39,80,81].
Данный вид крепи широко распространённый в 50−60-х годах прошлого века, в последующие 40−50 лет использовался крайне редко и в необоснованно зауженном диапазоне условий [19,45]. В значительной мере это объясняется недостаточной проработкой отдельных теоретических вопросов, в проектировании, и практических, в возведении такой крепи. Так, если основные проблемы монолитной бетонной крепи достаточно изучены, то по чугунно-бетонной крепи, несмотря на всё возрастающую потребность, ситуация прямо противоположная.
Таким образом, поставленные в данной диссертации вопросы о повышении несущей способности, надёжности и экономичности чугунно-бетонной крепи являются актуальными и особо востребованы в современном подземном строительстве. Общие
выводы и установленные зависимости представляют интерес и имеют значительные перспективы внедрения во всех областях подземного строительства связанных с проходкой вертикальных стволов в сложных условиях.
Цель работы заключается в обосновании рациональных параметров чу-гунно-бетонной крепи, обеспечивающих безопасную и безаварийную эксплуатацию вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях.
Идея работы заключается в перераспределении напряжений между слоями комбинированной крепи равнопропорционально пределу прочности их материалов за счёт применения бетонов с повышенным модулем деформации для повышения несущей способности и снижения материалоёмкости.
Задачи исследования: теоретическое и экспериментальное обоснование рациональных конструктивных параметров чугунно-бетонной крепи- разработка методики расчёта рациональных параметров чугунно-бетонной крепи- разработка и обоснование технологии крепления с использованием бетонов с указанными свойствами- определение области применения результатов исследования- определение технологической и экономической целесообразности применения предлагаемых параметров крепи с её возведением по разработанной технологии.
Методы исследований. Применён комплексный метод исследования, включающий: системный анализ и научное обобщение литературных источников, результатов исследований других авторов и производственного опыта, обработку массива данных, полученных в результате исследований с использованием методов статистики и теории вероятности, математическое моделирование, а также технико-экономические расчёты.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается объемом анализируемой информации о фактическом состоянии проходки (46 стволов), подтверждается статистическим анализом данных с использованием апробированных программных средств, корректностью постановки задач, использованием математического моделирования, базовых положений методов расчёта, рекомендованных нормативными документами, а также удовлетворительной степенью точности при получении зависимостей методом аппроксимации (не ниже 0,97).
Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчёта рациональных параметров чугунно-бетонной крепи и технологии её возведения.
— получена зависимость величины рационального модуля деформации бетона от диаметра ствола, геометрических и прочностных характеристик слоев-
— разработана технология возведения комбинированной крепи по параллельной схеме, отличающаяся сокращённым отставанием установки тюбингов, от забоя ствола, уменьшенной толщиной передового бетона и общего объёма вынимаемой горной массы, а также усовершенствованной конструкцией проходческого полка, и обеспечивающая повышение скорости проходки.
Научное значение работы заключается в разработке метода расчёта рациональных параметров чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов, обеспечивающих максимальную несущую способность, снижение стоимости и увеличение скорости её возведения.
Практическое значение работы заключается в:
— разработке методики проектирования чугунно-бетонных крепей при использовании бетонов с повышенным модулем деформации-
— разработке технологии крепления вертикальных стволов чугунно-бетонной крепью, с повышенным модулем деформации бетона-
— определении области применения предлагаемой конструкции крепи и технологии её возведения.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 — за рубежом, 8 без соавторов.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 119 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 31 таблицу, список использованной литературы из 81 наименования.
Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:
1. Плешко М. С., Масленников С. А. Прогрессивные подходы к проектированию глубоких вертикальных стволов / Горный информационно-аналитический бюллетень. — Тематическое приложение «Физика горных пород». — М.: МГГУ, 2006. — С. 409−416.
2. Масленников С. А. Анализ эффективности технологических схем проходки вертикальных стволов в современных условиях / Научно технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых, шахтного и подземного строительства: сб. науч. тр./ Шах-тинский институт ЮРГТУ (НПИ). — Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2006. — С. 130 — 135.
3. Масленников С. А. Особенности БВР при проходке стволов закрепляемых комбинированной крепью на примере скипового ствола рудника «Мир» / Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГТУ, 2007. — № 10 — С. 132−137.
4. Масленников С. А. Состояние и перспективы строительства вертикальных стволов 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 и перспективы техники проходки вертикальных стволов в Германии / Перспективы развития Восточного Донбасса. Часть 1: сб. науч тр./Шахтинский институт (филиал) ЮРГТУ (НПИ). — Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2008.-С. 191−199.
6. Масленников С. А. Обоснование выбора технологической схемы возведения чугунно-бетонной крепи на примере скипового 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. Перспективы совершенствования двухслойной чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов / Тезисы докладов 2-й междунар. научн.-пр. конф. «Перспективы освоения подземного пространства». — Д.: Национальный горный университет, 2008. — С. 37−40.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В диссертационной работе решена актуальная проблема в области крепления вертикальных стволов комбинированной чугунно-бетонной крепью, обеспечивающая повышение скоростей проходки и качества работ при минимальных капитальных затратах.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Выявлен недостаток применяемого подхода к проектированию параметров чугунно-бетонной крепи и технологии их возведения.
2. Разработан и обоснован принципиальный подход к использованию бетонов с повышенным модулем деформации в чугунно-бетонной крепи.
3. Разработаны методические основы расчёта и проектирования комбинированной чугунно-бетонной крепи при использовании бетона с повышенным модулем деформации.
4. Разработана технология крепления вертикальных стволов чугунно-бетонной крепью, позволяющая использовать бетоны с повышенным модулем деформации.
5. Определена область применения предлагаемых конструктивных решений.
6. Произведена технико-экономическая оценка разработанных технических решений.
1. Атлас механических свойств горных пород. Ленинград: Печатный цех ВНИМИ. 1968. — 90 с.
2. Берг О. Я., Щербаков E.H., Писанко Г. Н. Высокопрочный бетон. М.: Издательство литературы по строительству, 1971. — 208 с.
3. Бернштейн С. А., Друцко В. П., Бураго Н. С. и др. Проходка ствола с применением быстротвердеющего бетона повышенной прочности и комбайна CK 1у // «Шахтное строительство». — 1979. — № 8. — С. 23 — 24.
4. Боликов В. Е. Пути повышения устойчивости горных выработок на рудных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. — № 6. — С. 189−191.
5. Бузов Г. С. Основные направления дальнейшего совершенствования технологических схем сооружения вертикальных стволов \ Шахтное строительство. 1989. — № 4. — С. 20−22.
6. Булычёв Н. С. Механика подземных сооружений. М: Недра, 1994. 382 с.
7. Булычёв Н. С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1989. 270 с.
8. Булычёв Н. С., Абрамсон X. И. Крепь вертикальных стволов шахт. М.: Недра, 1978.-301 с.
9. Веселов А. Люди никеля. // «Континент Сибирь». 2006. — № 50.
10. Веселов Ю. А., Щелканов В. А., Самонин А. В. Совершенствование способов проходки и армирования рудоподъемных стволов // Шахтное строительство. 1989. — № 1. — С. 22−24.
11. Влох H.H., Зубков A.B., Боликов В. Е. Рябов С.А. Формирование напряжений в крепи вертикальных стволов // «Шахтное строительство». 1986. -№ 1,-С. 21−22.
12. Гребенюк В. А. и др. Справочник по горнорудному делу. Под ред. В. А. Гребенюка, Я. С. Пыжьянова, И. Е. Ерофеева. М.: Недра, 1983. 816 с.
13. Докукин О. С. и др. Справочник. «Строительство стволов шахт и рудников». О. С. Докукин, Н. С. Болотских. М.: Недра, 1991. 516.
14. Евдокимов Ф. И., Стоев И. С. Технология и экономика сооружения вертикальных стволов шахт. Москва Недра, 1981. 224 с.
15. ЕНиР. Сборник Е36. Горнопроходческие работы. Вып. 1. Строительство угольных шахт и карьеров / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1988. -208 с.
16. Заславский Ю. 3. Крепление вертикальных шахтных стволов // Уголь Украины. 1985. — № 5. — с.42−43.
17. Инструкция по расчету и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стволах. -Харьков. ВНИИОМШС, 1990. -75 с.
18. Каплан Л. Б. Чугунные тюбинги и рамные блоки для шахтных стволов. Углетехиздат, 1952. 112 с.
19. Каретников В. Н. и др. Справочник. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок / В. Н. Каретников, В. Б. Клейменов, А.Г. Нуж-дихин. М.: Недра 1989. — 571 с.
20. Кляйн И., Райман Ф. Крепь шахтных стволов из чугуна с шаровидным графитом // «Глюкауф». 1985. — № 22. — С. 3 — 7.
21. Козел А. М. Выбор и проектирование крепи вертикальных шахтных стволов // «Шахтное строительство». 1988. — № 1. — С. 16−19.
22. Косслар В. Опыт применения анкеров в сочетании с набрызгбетоном при сооружении околоствольных дворов в каменноугольной промышленности //Глюкауф. 1991. -№ 11−12. — С. 21−26.
23. Кравченко Г. И. Облегчённые крепи вертикальных выработок. Москва Недра, 1974. 208 с.
24. Крастошевский JI.С. и др. Герметизация швов чугунных тюбингов с помощью клея «Эласт» / Л. С. Крастошевский, В. П. Друцко, A.B. Дудник, А. Н. Плишевой, В. И. Бевз, В. В. Левит, Г. Н. Жоров //Шахтное строительство, 1986. -№ 3, — С. 26.
25. Кудзис А. П. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит, спец. вузов. В 2-х частях. 4.1. Материалы, конструирование и расчёт. М.: Высш. шк., 1988.-287 с.
26. Литвинов В. Я. О причине и механизме повышения несущей способности крепи, имеющей связь с породным массивом //Шахтное строительство, 1990. -с.45−46.
27. Лопатко Ф. Г. Новое в конструкции крепи шахтных стволов // Уголь Украины. 1981. — № 12. — С. 40.
28. Лютгендорф X. О. Тридцатилетний опыт применения крепи шахтных стволов со скользящим внутренним цилиндром // Глюкауф. 1986. — № 17. -С. 3−16.
29. Мартыненко H.A. и др. Шахтное и подземное строительство. 4.2 Технология строительства вертикальных стволов.: Учеб. пособие/Шахтинский ин-т ЮРГТУ / И. А. Мартыненко, П. С. Сыркин, А. Ю. Прокопов, С. Г. Страданченко. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. — 260 с.
30. Масленников С. А. Методика определения рационального модуля деформации бетона в комбинированной чугунно-бетонной крепи / Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2009. — № 4 — С. 205 210.
31. Масленников С. А. Особенности БВР при проходке стволов закрепляемых комбинированной крепью на примере скипового ствола рудника «Мир» / Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2007. -С. 132−137.
32. Масленников С. А. Обоснование рациональных параметров комбинированной чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов / Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2009. — № 4 — С. 210 214.
33. Масленников С. А. Определение рациональных параметров бетона, используемого в чугунно-бетонной крепи / Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений: сб. научн. трудов. Вып. 15. Донецк: «Норд-Пресс», 2009. — С. 21−23.
34. Масленников С. А. Особенности работы бетона в комбинированной чугунно-бетонной крепи / Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений: сб. научн. трудов. Вып. 15. Донецк: «Норд-Пресс», 2009. — С. 16−18.
35. Миндели Э. О. Техника и технология проходки вертикальных стволов шахт. М. Недра, 1970. 312 с.
36. Мирзаев Г. Г. Проходка стволов в сложных горно-геологических условиях Текелийского рудника / Г. Г. Мирзаев, Ю. С. Обручев. М.: Цветметинфор-мация, 1969. 49 с.
37. Мирзаев Г. Г. Крепь горных выработок глубоких рудников / Г. Г. Мирзаев, А. Г. Протосеня, Ю. Н. Огородников, В. И. Вхарев. М.: Недра, 1984. 252 с.
38. Нигматулин B.C. Производственные исследования в стволах центральной группы Запорожского ЖРК. // Шахтное строительство. 1984. — № 10. — С. 8−10.
39. Ольховиков Ю. П. Крепь капитальных выработок калийных и соляных рудников. М.: Недра, 1984. 238 с.
40. Плешко М. С., Масленников С. А. Прогрессивные подходы к проектированию глубоких вертикальных стволов / Горный информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение «Физика горных пород». — М.: МГГУ, 2006. — С. 409−416.
41. Покровский Н. М. Технология строительства подземных сооружений и шахт. М: Недра 1982. 200 с.
42. Пшеничный A.A. Пути сокращения сроков и повышение эффективности сооружения вертикальных стволов // Уголь. 1996. — № 9. — С. 38−40.
43. Репко A.A. Особенности деформации бетонной крепи вертикальных стволов // «Шахтное строительство». 1987. — № 1. — С. 5−6.
44. Репко A.A. Расчёт нагрузок на крепь вертикальных стволов в слабых горных породах // «Шахтное строительство». 1982. — № 7. — С. 15−17.
45. Репко A.A., Калинников В. П., Козел A.M. Комплекс приборов и устройств для контроля крепи вертикальных стволов глубоких шахт // «Шахтное строительство». 1984. — № 7. — С. 10−11.
46. Репко A.A., Южанин И. А., Савельев А. И., Рубан М. Е. О предельных деформациях сжатия бетонной крепи вертикальных стволов // «Шахтное строительство». 1985. — № 8. — С. 16 — 17.
47. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчёту крепи/ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР.-М.: Стройиздат. -1983.-272 с.
48. Садовенко И. А. Расчётные зависимости для определения величины на-гружения крепи шахтных стволов // «Шахтное строительство». 1986. -№ 11.-С. 15−17.
49. Сергеев С. С. Разработка методов диагностики и прогноза напряжённого состояния крепи вертикальных шахтных стволов в сложных горногеологических условиях. Дисс. На соискание учёной степени д. т. н. Тула. 1997 г. — 321 с.
50. Сизов В. П. Проектирование составов тяжёлого бетона. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1979. — 144 с.
51. Смирняков В. В., Вихарев В. И., Очкуров В. И. Технология строительства горных предприятий. М: Недра, 1989. 573.
52. СНиП 2.06.08−87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений/Минэнерго СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1988. -32 с.
53. СНиП 3.02.03−84. Подземные горные выработки/Государственный комитет СССР по делам строительства. М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1985.
54. СНиП 1У-5−82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 35. Горнопроходческие работы. Кн. 1/Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983. — 312 с.
55. СНиП 1У-5−82. Приложение. Сборники единых районных единичных расценок на строительные конструкции и работы. Сб. 35. Горнопроходческие работы. Кн. 2/Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1983. 312 с.
56. Технологический регламент (проект производства работ) на проходку и крепление тюбингами скипового ствола подземного рудника «Мир» АК «Алроса» в отм. -546,4- 1036,9 м. ЗАО «ОШК «Союзспецстрой», 15.01.02.2005.
57. Усаченко Б. М. Свойства пород и устойчивость горных выработок. Киев: Наук. Думка. 1979. — 136 с.
58. Функе-Оберхаг Г.-В., Бранднер Г. Замечания по поводу рационального использования бетона в горном деле // Глюкауф. 1989. — № 13−14. — С. 6267.
59. Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир. 1977. — 552 с.
60. Хаютин Ю. Г. Монолитный бетон: Технология производства работ. М. Стройиздат, 1991. — 576 с.
61. Шинкарь И. Г. Научное обоснование технологии возведения крепи ствола повышенной несущей способности. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Тула, 2004. 88 с.
62. Юрьев Б. Задача с тремя неизвестными // Вестник Алроса. 2006. — № 8. -С. 1, 8−9.
63. Ankerausbau im Bergbau. Vortrage anlasslich des funften internationalen Kolloquium, RWTH Aachen, 2. und 3. Juni 2004. 1. Auflage Aachen: Verlag Gluckauf GmbH, Essen, 2004. -570 S.
64. Grubl Р., Weigler H., Sieghart K. Beton. Arten, Herstellung und Eigenschaften. Berlin: Ernst&Sohn Verlag fur Architektur und technische Wissenschaften GmbH, 2001.-789 S.
65. Peter C.W. Stephan. Ankerausbau in Strecken hoher Konvergenz // Gluckauf. -7/1993.-S. 533−541.
66. Reuther E.-U. Lehrbuch der Bergbaukunde. Essen: Verlag «Gluckauf» GmbH, 1989.-812 c.
67. Roschlau H. Sprengen. Theorie und Praxis. Leipzig-Stuttgart: Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie. 1992. — 200 S.
68. Schmah Р., Kunstle В., Handke N., Berger E. Weiterentwicklung und Perspektiven mechanisierter Schachtteuftechnik // Gluckauf. 2007. — № 4.
69. Weber R. Guter Beton: Ratschlage fur die richtige Betonherstellung. Dusseldorf: Verlag Bau+Technik GmbH, 2006. 150 S.
70. Weber R., Riechers H-J. Kies und Sand fur Beton. Dusseldorf: Verlag Bau+Technik, 2003. 140 S.
71. Wild H.W. Sprengtechnik in Bergbau, Tunnelund Stollenbau sowie in Tagebauen und Steinbruchen. Essen: Verlag Gluckauf GmbH. 1984. — 376 S.
72. Используемые интернет-ресурсы80. http://www.alrosa.ru/ сайт АК «Алроса», информация 14.12.2008.81. http://www.souzspecstroy.ru/ официальный сайт объединённой строительной компании «Шахтспецстрой», 6.02.09.шахто.