ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ Рус Eng

Автореферат

Магистерская работа:

"Обоснование параметров крепи и жесткой армировки вертикальных стволов шахт"

Выполнил: Сирачев Александр Жамельжанович

Руководитель: Борщевский Сергей Васильевич

Кафедра "Строительства шахт и подземных сооружений"

Главная Автореферат Библиотека Ссылки Отчёт о поиске Индивидуальное задание

Автореферат

Содержание

  • Введение
  • Цель и задачи работы
  • Предполагаемая научная новизна
  • Предполагаемая практическая ценность
  • Обзор существующих исследований и разработок
  • Перечень нерешенных проблем и задач
  • Планируемые и полученные собственные результаты
  • Заключение
  • Список источников

    Введение

    Вертикальные шахтные стволы, отличаясь своей уникальностью и важностью в производственном комплексе горнодобывающего предприятия, требуют постоянного поиска и разработки эффективных решений по интенсификации их строительства и безремонтной эксплуатации [1], что в свою очередь является актуальной научно-технической задачей развития угольной промышленности Украины.

    На нынешнем этапе изучения условий эксплуатации Донецкого угольного бассейна накоплены весомые знания об особенностях проявления горного давления в подземных выработках, в т.ч. и в вертикальных стволах.

    Сооружение вертикальных стволов является одним из главных звеньев в технической системе горнодобывающего предприятия. В период строительства горнодобывающего предприятия стволы располагаются на критическом пути, че-рез них ведутся работы по вскрытию и подготовке месторождения, монтажу проходческого и добычного оборудования, поэтому они оказывают существенное влияние на срок и стоимость всего строительства.

    В период эксплуатации горнодобывающего предприятия стволы являются основными капитальными выработками, которые служат для выдачи полезного ископаемого и горной массы, спуска-подъема людей, материалов и оборудования, вентиляции, прокладки кабелей и трубопроводов и др. От работоспособности вер-тикальных стволов зависит надежность и эффективность работы всего горного предприятия.

    Строительство и поддержание вертикальных стволов производится на базе нормативных документов, разработанных ведущими организациями и специали-стами отрасли. Однако в практике эксплуатации вертикальных стволов часто на-блюдаются нарушения крепи и отказы армировки (53% глубоких стволов и 42% стволов средней глубины). Анализ показал, что из общего числа отказов 38-50% нарушений вызваны технологическими отклонениями от проекта, допущенными в процессе проходки стволов буровзрывным способом с креплением монолитным бетоном по совмещенной схеме.

    Цель и задачи работы

    Целью магистерской работы является – повышение работоспособности крепи и армировки вертикальных стволов с учетом ожидаемых радиальных отклонений стенок крепи от нормативных величин, формы сечения ствола в свету и повышение гидроизоляционных свойств крепи для увеличения срока её эксплуатации

    Идея работы. Определение параметров монолитной бетонной (железобетонной) крепи, на основе журналов проходки вертикальных стволов с учетом ожидаемых отклонений стенок крепи ствола от проектного положения и изменения формы сечения ствола в свету, и толщины крепи, связанных с особенностями технологии ведения работ, диаметром в свету и глубиной ствола.

    В ходе работы необходимо решить следующие задачи:

    1. Проанализировать состояние крепи и армировки вертикальных стволов угольных шахт Донбасса.
    2. Провести исследования фактических отклонений параметров сечения стволов от проектного положения по данным ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка».
    3. Провести исследования влияния отклонения контура крепи ствола на состояние армировки. Исследование напряженно-деформированного состояния крепи вертикальных стволов на численных моделях.
    4. Разработать компьютерную модель системы «армировка-крепь-породный массив» для обоснования работы параметров крепи вертикальных стволов.
    5. Лабораторные исследования водонепроницаемости монолитной бетонной крепи вертикальных стволов.
    6. Разработать технологический регламент применения гидроизоляционных материалов для защиты монолитной бетонной крепи.

    Предполагаемая научная новизна

    В работе планируется исследовать отклонение монолитной бетонной крепи от проектного положения, установить зависимость изменения максимальных эк-вивалентных напряжений для различных видов вмещающих пород, диаметров и толщин вследствие погрешностей при креплении. Исследовать водопроницае-мость монолитной бетонной крепи и разработать технологические регламенты ис-пользования специальных добавок для повышения долговечности и водонепроницаемости монолитной бетонной крепи вертикальных стволов.

    В ходе работы будут разработаны и получены новые результаты:

    1.Выполнен анализ состояния крепи и армировки вертикальных стволов.

    2.Создана база журналов проходки вертикальных стволов по данным ГОАО Трест Донецкшахтопроходка.

    3.Произведена статистическая обработка данных из журналов проходки (рис.1) с учетом горно-геологических характеристик породного масси-ва, толщины и вида крепи, темпов проходки по 109 стволам Донбасса, различного диаметра и глубины.

    4.Проведены исследования отклонения параметров сечения стволов от про-ектного положения, на основании журналов проходки по данным Трест «Донецкшахтопроходка»

    5.Разработаны технологические регламенты применения гидроизоляционных материалов для защиты монолитной бетонной крепи для повышения её долговечности и водонепроницаемости.

    Предполагаемая практическая ценность

    Создание единой электронной базы проходки и эксплуатации вертикальных стволов Донбасса позволит качественно и количественно оценить состояния забоев, выявить факторы, которые влияют на формирование бетонного крепления вертикальных стволов с момента его создания и до разрушения. Разработанная графическая и численная реализация расчетов напряженно-деформованого состояния крепления стволов на конечно-элементных моделях позволит прогнозировать состояние монолитной бетонной крепи на весь период её эксплуатации с учетом технологических отклонений и изменений.

    Результаты работы возможно использовать для перспектив совершенствования технологии крепления стволов, связанных с применением упрочняющей гидростойкой крепи, с использованием геомеханических факторов при рассмотрении совместной работы системы «крепь ствола – вода – породный массив», что потребует дополнительных исследований.

    Обзор существующих исследований и разработок

    По мере развитие угольной промышленности, как в нашей стране, так и зарубежом глубина разработки месторождений полезных ископаемых постоянно растет. Армировка шахтного ствола занимает значительное место в комплексе ствола, по сути, она является связующим элементом между крепью ствола и подъемными сосудами. Следовательно, с ростом глубины и производственной мощностью шахты возникает необходимость в увеличении вместимости подъемных сосудов и их скорости движения соответствен-но. Все это приводит к серьезным динамическим нагрузкам на армировку шахтного ствола. В сложных горно-геологических условиях наблюдаются нарушения крепи стволов вследствие влияния деформаций вмещающих ствол пород. Как следствие, происходят нарушения жесткой армировки вертикальных стволов. В связи с этим возникает проблема безремонтной экс-плуатации армировки и подъемных сосудов ствола.

    Еще более серьезную актуальность эта проблема приобретает для эксплуатации стволов на участках деформирующегося породного массива, где крепь ствола испытывает колоссальные нагрузки.

    По данным УкрНИМИ по странам СНГ в настоящее время насчитывается порядка 200 шахтных стволов с нарушенной крепью и армировкой [2]. Однако применяемые решения не всегда обеспечивают надежную работу подъемных комплексов. Одной из причин сложившейся ситуации следует считать отсутствие научно-обоснованного подхода к проектированию армировки вертикальных стволов на участках с деформирующейся крепью.

    На сегодняшний день, для таких условий работы армировки существует ряд способов ее защиты, которые позволяют производить ремонт армировки в период эксплуатации шахтных стволов. Для защиты стволов от проявлений горного давления наряду с другими (горные, горно-технологические, техноло-гические и др.) используются конструктивные меры защиты [3].

    Результатом исследований [4,5] явились предложения по конструктивному приспособлению крепи, часть из которых применялась на практике. Сюда относятся разного рода податливые прокладки, узлы податливости, заполненные вязким материалом, скользящие битумные оболочки, податливые костровые зоны и т.д.

    Указанные мероприятия не обеспечивают нормальную эксплуатацию стволов в случаях, когда фактические деформации превышают предусмотренные проектом, векторы возникающих усилий не совпадают с осью регулируемости податливой конструкции, крепь теряет устойчивость и др.

    Другим направлением защиты армировки вертикальных стволов является рациональный выбор схемы армировки, которая должна учитывать возникающее в процессе проходки ствола и эксплуатации месторождения перераспределение напряжений в горном массиве и прогнозируемое преобладающее направ-ление горизонтальных и вертикальных деформаций породного контура и крепи ствола [6].

    Такой схемой, наиболее предпочтительной с точки зрения защиты армировки является консольная схема армировки с боковым односторонним расположением проводников. При этом продольные оси консолей должны проекти-роваться в направлении ожидаемых сдвижений поперечного сечения ствола.

    В основу всех известных технических решений по конструктивной защите армировки положен принцип компенсации деформаций в системе "крепь – армировка". В случае любых нарушений крепи и армировки, если только ствол по техническим причинам не перестает функционировать, связь в системе "крепь – армировка" остается неразрывной.

    Однако, известные способы защиты армировки вертикальных стволов от влияния деформирующейся крепи имеют ряд существенных недостатков:

    – компенсирующие конструкции требуют принудительной регулировки, что крайне затруднительно в условиях эксплуатируемого ствола;

    – они не обеспечивают надежной защиты армировки в случаях, если возникающие деформации превышают пределы регулируемости, предусмотренные конструкцией; векторы возникающих усилий не совпадают с осью податливости конструкции; происходит нарушение устойчивости крепи и заделки расстрелов.

    Зачастую принимаемые решения не обеспечивают надежной работы подъемных сосудов. Одной из главных причин данного вопроса, является отсутствие научно-технического подхода на стадии проектирования армировки шахтных стволов с учетом статистической обработки результатов проходки и эксплуатации вертикальных стволов. Для решения данной задачи назрела необходимость создания единой электронной базы журналов проходок и вывалов вертикальных стволов, а также журналов обследования эксплуатируемых вертикальных стволов, на основе которой можно будет выполнять статистическую обработку и анализ принятых решений как на стадии проектирования, строительства, так и на стадии эксплуатации вертикальных шахтных стволов, что в конечном итоге оказывает влияние на правильность выбора армировки вертикальных стволов. На кафедре «Строительство шахт и подземных сооружений» ДонНТУ совместными усилиями ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка» и Укр-НИМИ начата эта работа.

    Перечень нерешенных проблем и задач

    Планируемые и полученные собственные результаты

    Планируется провести исследования напряженно-деформированное состояние бетонной крепи стволов на конечно-элементных моделях с использованием компьютерного моделирования. На данном этапе произведены исследованиия монолитной бетонной крепи с применения гидроизоляционных материалов для улучшения параметров монолитной бетонной крепи.

    Пример разработанной конечно-элементной модели для расчета параметров базового НДС представлен на рис. 4 (модель для ствола диаметром в свету 6 м и толщиной крепи 250 мм, работающей под нагрузкой, рассчитанной для глубины 1200 м).

    Заключение

    1. Сооружение стволов больших диаметров требует новых подходов к проектированию как видов крепей, так и их конструкций, совершенствования организации проходки (точный геологический прогноз, повышенная надежность оснащения, усовершенствованные методы водоподавления и водоотлива, уточненная нормативная база). Доказано, что диаметр ствола – это комплексный системный показатель, влияющий на скорость проходки с точки зрения ее организации и учета геомеханических условий.
    2. Необходимо максимальное использование новых нетрадиционных материалов и технологий, позволяющих повышать механические свойства бетонной крепи, в том числе их гидроизолирующую способность.
    3. Исследованию напряженно-деформированное состояние бетонной крепи стволов на конечно-элементных моделях с использованием компьютерного моделирования необходимо уделять намного большее внимание, т.к. это открывает колоссальные возможности в плане ресурсо- и энергосбережения.
    4. Вопросам организации водопритоков как в приконтурном массиве, так и по стволу при разработке технологий проходки вертикальных стволов необходимо уделять особое внимание, т.к. это позволяет устанавливать водоулавливающие системы ствола в технологически необходимых местах с учетом физики движения воды.

    Список источников

    1. Борщевский С.В. Современное направление развития технологи сооружения вертикальных стволов шахт. Сб. научн. трудов НГУ №17, т.1 – Днепропетровск: РИК НГУ, 2003. – С.406-412.
    2. Левит В.В. Геомеханические основы разработки выбора комбинированных способов крепления вертикальных стволов в структурно-неоднородных породах: Дисс…д-ра техн.наук //05.15.04. – Днепропетровск, 1999. – 463 с.
    3. Стоев И.С. Технологические схемы армирования вертикальных стволов и их эффективность. – М.: Недра, 1971. – 59 с.
    4. Акимов А.Г., Козел А.М. Защита вертикальных стволов шахт от влияния очистных работ. – М.: Недра, 1969. – 129 с.
    5. Дробышев В.Ф. Квопросу проектирования крепи вертикальных стволов, работающих в режиме вертикальной деформации // Проектирование и строительство угольных предприятий.– 1965. – № 7. – С. 62 – 68.
    6. Ягодкин Ф.И., Страданченко С.Г., Прокопов А.Ю. Защита армировки вертикальных стволов от влияния сложных горно-геологических условий// Научно- технические проблемы строительства и охраны горных выработок: Сб. науч. тр. / Новочерк. гос. техн. ун - т. Новочеркасск: НГТУ, 1996. – С. 18 – 24.


  • Главная Автореферат Библиотека Ссылки Отчёт о поиске Индивидуальное задание