ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ Выбор языка

Автореферат

Магистерская работа:

Обоснование параметров возведения монолитной бетонной крепи при проходке вертикальных стволов специальными способами

Выполнил: Галечко Сергей Юрьевич

Руководитель: Борщевский Сергей Васильевич

Кафедра Строительства шахт и подземных сооружений

Главная Автореферат Библиотека Ссылки Отчёт о поиске Индивидуальное задание

Введение

Наиболее сложным, дорогостоящим и опасным процессом в общем комплексе работ по строительству горно-добывающих предприятий следует считать проходку вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях специальными способами, в том числе замораживанием пород.

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 [2], что в свою очередь является актуальной научно-технической задачей развития угольной промышленности Украины.

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

Анализ проходок вертикальных стволов в угольной промышленности Восточного Донбасса показывает, что подавляющее большинство из них (до 75%) пересекает обводненные покровные отложения, представленные глинами, суглинками и песками мощностью от 3 до 100 м. Проходка стволов в этих словиях, в основном велась с применением способа замораживания. С использованием различных конструкций крепи и технологии ведения работ, включая: чугунные тюбинги, монолитные однослойные и двухслойные крепи [1].

Наилучшие технико-экономические показатели достигались при креплении ствола монолитным бетоном вслед за подвиганием забоя [1]. Однако, эта технология не обеспечивает безопасность ведения работ и надежную герметизацию стыков между заходками крепи.

Цель и задачи работы

Целью магистерской работы является –определение парметров взаимодествия раствороной смеси и породного массива в условияз отрицательных температур и повышение гидроизоляционных свойств крепи.
Идея работы. Определение времени схвативания раствора при отрицательных температурах и набор прочности и несущей способности дающей возможность продолжить возведение крепи на всю высоту заходки.

В ходе работы необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать силы сцепления бетонной крепи и породного массива при отрицательных температурах.
2. Лабораторные исследования водонепроницаемости монолитной бетонной крепи вертикальных стволов.
3. Провести исследования технической документации по проходке стволов пройденных способом замораживания по данным   ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка».
4. Разработать компьютерную модель системы «-крепь-замороженный породный массив» для обоснования работы параметров возведения  крепи вертикальных стволов.
5. Выполнит анализ и обобщение литературных источников по теме данной работы.

Предполагаемая научная новизна

В работе планируется исследовать взаимодействие монолитной бетонной крепи с замороженным массивом пород, установить зависимость сцепления крепи с различными видами вмещающих пород. Исследовать водопроницаемость технологических швов монолитной бетонной крепи и разработать оптимальную технологию герметизации швов между заходками монолитной бетонной крепи вертикальных стволов. Также предполагается найти способ измерения сцепления бетонной крепи и замороженного массива пород.

Предполагаемая практическая ценность

Основную практическую ценность представляет усовершенствование технологии крепления вертикальных шахтных стволов монолитной бетонной крепью в условиях отрицательных температур. Данные исследования помогут сократить время на возведение крепи, а также дадут возможность контролировать качество возведения.

Обзор существующих исследований и разработок

Способ исскуственного замораживания в мировой практике применяют с 1883 года (Швеция - Пётч). В СССР впервые был применен в 1828 году при проходке одного из стволов [4] Соликамского калийного комбината. С тех пор область его применения значительно расширилась.

Способ замораживания горных пород [4] является одним из ведущих специальных способов и в мировой практике. Большое распространение он получил в Польше, Германии, Канаде, Великобритании, Румынии, Японии и других странах.

Такое широкой распространение способа исскуственного замораживания горных пород обусловлено тем, что он довольно хорошо развит в техническом отношении. Под этот способ создано мощное буровое оборудование, высокопроизводительные замораживающие станции. Способ замораживания имеет и хорошую научную базу. Проведены многочисленные теоретические и эксперементальные исследования по изучению нестационарных процессов теплообмена в массиве горных пород, замораживающих колоннах, холодильном оборудовании. Накоплены солидные данные по теплотехническим и механическим свойствам замороженных пород, разработаны точные и инженерные методы расчета, проектирования ледопородных ограждений и холодильного оборудования.

Поскольку твердение многокомпонентных веществ на основе [2] портландцементов - весь­ма сложный процесс, зависящий не только от состава бетона и качества его компонентов, но и целого ряда внешних факторов, таких, например, как температура и влажность окружающего воздуха, способ и плотность укладки, обводненность и давление массива пород и т.д., то осу­ществление мониторинга изменения свойств бетона в процессе твердения, особенно в ранние сроки гидратации, позволит исключить разрушение крепи конструкций подземных сооружений.

Всеобщее признание и наибольшее распространение в практике неразрушающего контроля качества бетонных и железобетонных конструкций, получил ультразвуковой метод. Однако использовать его в ранние сроки твердения в полной мере не удается, из-за значитель­ных ошибок ввиду отсутствия эталонных зависимостей прочности от скорости прохождения ультразвуковой волны при ранних стадиях твердения модифицированных бетонов. Поэтому в настоящее время на кафедре ППГС и СМ проводятся работы по определению наиболее эффек­тивных методов неразрушающего контроля свойств бетонных смесей и бетона непосредственно в конструкциях.

Поддержание положительной температуры в [3] бетонной крепи путем дополнительного прогрева бетона в период его твердения в последнее время практически не применяется. Электропрогрев при помощи электродов, опущенных в бетон, из-за слодности и опасности поражения током обслуживающего персонала в настоящее время не применяют.
Известны единичные случаи подогрева воздуха в стволе при проходке на шахте "Бивертокс" (Англия). Стволы проходили способом замораживания с возведением железобетонной крепи, толщина которой изменялась от 45 до 90 см на глубине соотвественно от 0 до 130 м и от 130 до 260 м.
Для подогрева воздуха в ствол были опущены два агрегата радиаторов (подогревателей), которые наматываются на лебедку. Каждый агрегат состоял из двух радиаторов заводского типа мощностью 20 кВт. Воздух вентилятором нагнетался в радиаторы, где он подогревался и затем поступал к забою ствола. С помощью этой установки температура в призабойной части ствола поддерживалась от -4 до +5 градусов цельсия.

График роста прочности бетона при отрицательной и положительой температурах;
а - состав бетона 1:1,08:3,1; б - состав бетона 1:1,09:2,8
1 - бетон, твердеющий притемпературе -12о С
2 - бетон, твердеющий в нормальных условиях

"Холодный бетон" разработан институтом ВНИИОМШС (Л.В. Андреев, А.М, Данилов) и предназначен для крепления стволов, проходимых по замороженным породам без теплоизоляции. Отличительная особенность "холодного" бетона заключается в том, что нарастание прочности его при отрицательной температуре происходит примерно так жн, как и при положительной температуре. Это достигается путем введения в состав бетона солей, которые снижают температуру замерзания воды, способствуют гидратации цемента в бетоне и его упрочнению.

Перечень нерешенных проблем и задач

На настоящий момент отстсутствуют.

Заключение

В результате анализа литературных источников определены цель и задачи данной магистерской работы.

На основе результатов лабораторных исследований определено требуемого времени для набора необходимой прочности бетонной крепи.

Разработаны методические основы проектирования технологии крепления вертикальных шахтных стволов пройденных с помощью специальных способов (замораживанием).

Разработана технологическая схема проходки и крепления стволов по исследуемой технологии.

Список источников

  1. Павлинов П.А. Совершенствование крепления бетоном при проходке вертикальных стволв замораживанием. Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новочеркасск 2002 г.
  2. Дмитриенко. Исследование процессов гидратации растворной смеси смеси на ранних сроках твердения. Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. - Донецк: "Норд - Пресс", Вып №12, 2006. - 135 с.
  3. Федюкин В.А. Проходка стволов шахт способом замораживания. Изд-во "Недра", 1968. Стр. 1-350.
  4. Конспект лекций по дисциплине "Технология сооружения горных выработок в сложных горно-геологическизх условиях (специальные способы строительстьва)", ООО Лебедь Донецк-2007. Пшеничный Ю.А., Левит В.В.

Анимированный рисунок.  (13 кадров, 103 кбайта, 8 повторений)


Главная Автореферат Библиотека Ссылки Отчёт о поиске Индивидуальное задание