Магистерская квалификационная работа студента гр. Ш-95 б Хоменчука О.В. «Обоснование технологии возведения и повышения качества набрызгбетонной крепи для обеспечения устойчивости выработок». Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является установление зависимостей динамики формирования набрызг-бетонной крепи как многофакторной системы для обоснования технологии и повышения качества её возведения, обеспечивающих устойчивость капитальных горных выработок. Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - изучить влияние состава набрызг-бетонной крепи на прочность; - выбрать наиболее эффективные фибры для введения в бетонную смесь; - установить влияние электрического (магнитного) поля на качество нанесения набрызгбетона на стенки выработки; - установить рациональные параметры взрывного способа возведения набрызбетонной крепи; - обосновать технологические параметры и условия возведения набрызгбетонной крепи. В данной работе изучается состояние проблемы устойчивости горных выработок с набрызгбетонной крепью, анализируются современные составы набрызбетонной крепи и способы её нанесения. Опасный фактор «Падение предметов» в общем травматизме со смертельным исходом в отрасли составляет 1,8%, в подземных выработках 2,3%-90% происшествий произошло в вертикальных стволах, в 65% случаев падающими предметами явились глыбы льда или льда с набрызгбетоном, обрушившимся со стенок обмёрзших стволов и упавших на перемещающийся в них клетей вертикального подъёма. Видимо, спаянность льда с бетоном в таких стволах выше, чем спаяность бетона. Слой бетона обрушается вместе со льдом. Следует также провести исследования устойчивости стенок стволов, закреплённых с применением набрызгбетона при их обмерзании льдом. Разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, а также строительство различных горнотехнических сооружений связаны с необходимостью проведения горизонтальных выработок, удельный вес которых в общем объеме горнопроходческих работ составляет 40 %. Крепление горных выработок — самый трудоемкий и материалоемкий процесс, затраты на который составляю 35-40% обшей стоимости работ к моменту сдачи в эксплуатацию выработки. Анализ опыта строительства и реконструкции горных предприятий показал, что производительность труда проходчиков, занятых на креплении, отстает от роста темпов проходческих работ. Это объясняется тем, что в отличие от других операций проходческого цикла процесс крепления менее механизирован. Существенное уменьшение затрат на поддержание горных выработок может быть достигнуто за счет снижения себестоимости и металлоемкости крепления, повышения производительности труда по возведению крепи, улучшения ее конструктивных и технических характеристик. В тоже время традиционные виды крепи (металлическая арочная, монолитная бетонная, металлобетонная, сборная железобетонная и др.) являются весьма дорогостоящими, материа-лоемкими, требуют больших затрат ручного труда, плохо поддаются механизации. Они не обеспечивают плотный контакт с породным массивом, не позволяют использовать несущую способность прикон-турного слоя породы и выполняют лишь роль ограждающих конструкций. Следовательно, внедрение крепей, повышающих эксплуатационные показатели поддержания горных выработок, позволяющих использовать при их возведении высокопроизводительные технологические процессы и оборудование, а также производить замену дорогостоящих материалов, является важнейшим направлением в сбережении материальных и трудовых ресурсов. Повышению производительности труда, сокращению сроков и снижению стоимости строительства шахт и рудников способствует применение набрызгбетонной крепи. Поэтому обоснование параметров и разработка технологии возведения армированной набрызг-бетонной крепи являются актуальной задачей. Дисперсно-армированный набрызг-бетон (ДАНБ), или фибронабрызг-бетон (ФНБ) по своим физико-механическим характеристикам и технологическим параметрам наиболее полно отвечает современным требованиям, предъявляемым к крепи горных выработок. Это отмечают как советские, так и зарубежные специалисты. В качестве армирующих элементов были выбраны стальные фибры ( волокна ), которые дают набрызбетону следующие преимущества [ ]: - прочность на ранней стадии схватывания значительно выше; - прочность на растяжение на 40% выше; - работоспособность в 20 раз больше; - усадка на 30% ниже; - ползучесть на 20% выше; - бетон может воспринимать нагрузки также и после растрескивания. Опыт показывает, что традиционной технологии присущ ряд недостатков, ограничивающих возможность достижения высоких темпов возведения крепи, особенно необходимых при применении высокопроизводительного проходческого оборудования. К ним относятся [ ]: - недостаточная площадь одновременного охвата поверхности выработки омоноличиваюшим раствором.ограниченная эффективным диаметром раскрытия факела набразгбетонной струи: - хаотичное перемещение сопла по поверхности выработки и, как следствие, неоднородность несущего слоя как по толщине, так и по структуре; - традиционно ручное управление соплом, ставящее в прямую зависимость качество возводимой крепи от опыта и квалификации сопловшика; - низкий коэффициент использования оборудования из-за больших затрат времени на вспомогательные операции, цикличности доставки омоноличивающей смеси или ее компонентов к месту возведения крепи. При ручном вождении сопла , сопловщик подвержен ряду опасных производственных факторов таких как высокое пылеобразование, отскакивающий материал и обрушающаяся порода. Применение стальных волокон создает при этом дополнительную серьезную опасность ранения отскочившимися игольчатыми стальными волокнами. Кроме того ручное вождение сопла влияет в решающей мере на качество возводимой крепи, из-за преобладающего ручного регулирования расхода воды и техники вождения соплом, а также на экономические показатели, из-за повышенного отскока при ручном вождении сопла. Эти факты заставляют отвернуться от ручного вождения сопла. Так в последние годы для производства набрызгбетонирования успешное применение нашли так называемые набрызгманипуляторы, которые применяются также и для набрызгбетона армированного стальным волокном. Движения, необходимые при нанесении набрызгбетона таким манипулятором, передаются через функциональный рычаг такого манипулятора. Рабочий, управляющий соплом, освобождается при этом от прямого индивидуального вождения соплом. В Японии были разработаны самые первые роботы для нанесения набрызгбетона. При использовании роботов, сопло водится автоматически по заданной программе. Так набрызгманипулятор Gifu Kogyo (Япония) был первым аппаратом, который был в состоянии водить разбрызгивающее сопло соответственно заранее заданным характерным координатам поперечного сечения [ ]. В Донецком государственном техническом университете на кафедре « Строительство шахт и подземных сооружений » был разработан способ возведения набрызгбетонной крепи с получением авторского свидетельства № 929860 г. При этом способе Набрызгбетонная крепь возводится с помощью энергии взрыва. Для этого в горной выработке устанавливают специальные сосуды с бетонной смесью и внутри каждого сосуда помещают определенный заряд взрывчатого вещества. При взрываний заряда бетонная смесь энергией взрыва разбрасывается и наносится на поверхность выработки или другого объекта. Этот способ обладает рядом преимуществ таких как : для возведения крепи не требуется прокладка трубопроводов для подачи воды и сжатого воздуха в выработку, изготовление специальных машин для сухого и мокрого набрызгбетонирования. В связи с отсутствием людей в забое в момент нанесения смеси на поверхность выработки рабочие не находятся в запыленном (загрязненном) пространстве, что является неизбежным при сухом и мокром набрызгбетонировании. При этом в 2-3 раза сокращается время возведения крепи, так как сам процесс нанесения бетонной смеси на поверхность породы взрывом длится несколько секунд. Разработчики данного способа не установили его параметры, а также не разработали конструкцию устройства, обеспечивающего высокую безопасность и эффективность данного вида крепления. Это является целью данной работы. В данной работе исследуется идея использования электростатического поля, на примере электрогазофильтров, для нанесения набрызбетонной крепи Это позволяет повысить адгезию набрызгбетона к горному массиву, а также автоматизировать процесс нанесения набрызгбетонной крепи. Для этого производится обоснование параметров данного способа и исследуется влияние электростатического поля на качество крепи. Литература: 1. Основы электрогазодинимики дисперсных систем. И.П.Верещагин и др. Москва 1974. 2. Заславский И.Ю. и др. Набрызгбетонная крепь Москва 1986. 3. Взрывозащита горных выработок при их строительстве. Н.Р. Шевцов. Донецк 1998. 4. Дымовые электрофильтры. В.И. Левитов. Москва 1980. 5. Ержанов Ж.С. Конструирование расчёт, набрызгбетонной крепи. Москва 1971. 6. Семений А.Ю. Обоснование параметров армированной набрызгбетонной крепи и разработка технологии её возведения. 1982. 7. Рамачандран В.С. Наука о бетоне. Москва 1986. 8. Masson,C.: Anwendung von Stahlfaser-Spritzbeton als Ausbau in Gesteinstrecken. In:Glueckauf 12(1985) Nr. 2, S. 145-146.
назад