Реферат з теми магістерської роботи

Вступ

Розвиток гірничодобувної галузі передбачає освоєння нових родовищ і реконструкцію діючого шахтного фонду, що невід'ємним чином пов'язано зі спорудженням і углубкою вертикальних стволів.

Переважну більшість вертикальних стволів закріплено монолітним швидкотверднучим бетоном, який забезпечує високі техніко-економічні показники при їх спорудженны (90% від загального обсягу).

Оцінюючи стан кріплення, на сучасному етапі розвитку гірничодобувної галузі, монолітна бетонне кріплення стволів не повністю відповідає зрослим вимогам і умовам її роботи.

Відсутність водонепроникності і корозійної стійкості бетонної крепі, здатності сприйняти гірничий тиск, гідростатичний і динамічний напори підземних вод, викликає необхідність капітального ремонту багатьох стволів шахт і збільшення витрат на відкачування залишкового водопритоку при їх експлуатації.

Актуальність теми

Бетонне кріплення повинно відповідати вимогам, не тільки як вантажонесуча захисна конструкція, але і як гідроізоляційний матеріал.

Вищесказане піднімає необхідність виконання аналізу накопиченого досвіду з гідроізоляції монолітного бетонного кріплення стволів шахт, особливостей зведення монолітного бетонного кріплення та формування технологічних швів, вивчення параметрів і знаходження залежностей з метою вирішення поставлених завдань.

Мета і завдання роботи

Метою магістерської роботи є обгрунтування параметрів монолітного бетонного кріплення в районі технологічних швів при спорудженні вертикальних стволів шахт за сполученою схемою проходки для поліпшення техніко-економічних показників їх будівництва та експлуатації.

Поставлена мета визначила наступні завдання, вирішенню яких присвячена дання робота:

1. Проаналізувати і узагальнити сучасні дослідження, проектно-конструкторських і дослідницьких інститутів з даної теми. Виконати аналіз накопиченого досвіду з гідроізоляції монолітного бетонного кріплення стволів шахт і боротьби з водопритоками.

2. Вивчити особливості зведення монолітного бетонного кріплення, формування технологічних швів, розшарування бетонної суміші, вимивання цементного молока зі складу бетонної суміші. Розробити рекомендації щодо підвищення якості виконання робіт з укладання бетонної суміші та твердіння бетону.

3. Проаналізувати сили, що виникають в районі стиків бетону різних заходок. Дослідити радіальні розміри області непружних деформацій у приконтурному породному масиві стовбура.

4. Дослідити приток води через технологічні шви заходок бетонування. Розробити альтернативні заходи для його зменшення і захисту кріплення стовбура від корозії і виволотворення. Раціоналізовать геометрію стику між заходки.

5. Провести лабораторні дослідження бетонних зразків на основі цементів що розпушуються на предмет їх об'ємного розширення, міцності на стиск, водонепроникності, забезпечення необхідного «підпору» і зчеплення бетонної суміші та затверділого бетону. Визначення зниження залишкового водопритоку через технологічні шви в порівнянні з відомою технологією.

6. Розробити технологічні схеми пропонованої технології та її основні параметри. Виконати їх економічну оцінку, визначити сферу застосування.

Ідея роботи

Підвищення гідроізіляціонних властивостей монолітного бетонного кріплення, значне зниження залишкових водопритоків у ствол, збільшення термінів безремонтної експлуатації кріплення, вдосконалення технології виробництва робіт за рахунок застосування цементів, що розпушуються у складі бетонної суміші для забезпечення необхідного підпору в місці технологічного шва, що сприяє зрощуванню старого бетону з новим.

Методи дослідженнь:

Аналіз і узагальнення сучасного стану проходки і кріплення вертикальних стволів; обробка масиву накопичених матеріалів із залученням методів статистичного аналізу з використанням апробованих програмних засобів; математичне моделювання напружено-деформованого стану породного масиву вертикального ствола з використанням положень теорії суцільних середовищ і техніко-економічні розрахунки .

Наукова новизна магістерської роботи:

- Встановлені залежності зміни характеристик міцності монолітного бетонного кріплення в районі «холодних» стиків від обсягу бетонної суміші що розпушується;

- Вдосконалений технологічний процес зведення бетонного кріплення;

- Розроблена оптимальна технологія герметизації технологічних швів між заходки.

Наукове значення роботи

Полягає у встановленні залежностей міцнісних та гідроізоляційних властивостей монолітного бетонного кріплення на основі цементов що розширюються і взаємозв'язків її основних параметрів і техніко-економічних показників, встановлення особливостей формування напружено-деформованого стану в системі «породний масив - кріплення» в районі технологічних швів між заходки .

Практичне значення

Полягає у вдосконалюванні технології кріплення вертикальних стволів монолітним бетоном по суміщенії технологічній схемі проходки, з максимальною інтенсивністю виробничих процесів, розробці практичних рекомендацій поліпшення якості виконання робіт з кріплення.

Основні положення

Питаннями підвищення міцності та гідроізоляційних властивостей бетонних конструкцій тривалий період часу обширно займалися провідні науково-дослідні, проектно-конструкторські організації, ряд вчених і інженерів України та країн СНД що дозволило накопичити достатній рівень наукових та інженерно-технічних знань, поповнити наукову базу, створену вченими в колишньому СРСР.

Основним призначенням кріплення є підтримка породних стінок ствола від обвалення, збереження необхідних розмірів поперечного перерізу і підтримка ствола в робочому експлуатаційному стані [9].

Розвиток техніки і технології спорудження шахтних стволів відбувається в безпосередньому зв'язку з видами кріплення що застосовуються. Вид кріплення та спосіб її зведення значною мірою зумовлюють і загальну технологічну схему спорудження стволів [3].

Для кріплення стволів, що споруджуються буровибуховим способом, застосовують в основному монолітне бетонне кріплення. Так, у вугільній та гірничорудній промисловості обсяг застосування бетонного кріплення стволів становить 90-95%, в гірничохімічний промисловості - 40-45% [9].

Питання розробки ресурсозберігаючих технологій проходки вертикальних стволів в умовах підвищених водопритоків нерозривно пов'язані з вирішенням ряду складних технічних і технологічних завдань вже на етапі складання проектів виконання робіт, до початку самої проходки. [6]

Застосування монолітного бетонного кріплення, що будується за допомогою інвентарних забійних металевих опалубок, зумовило перехід до сумісної технологічної схеми [3] з подачою швидкотужуючої бетонної суміші за опалубку по трубах.

Крім напружень, пов'язаних з нерівномірністю розподілу гірничого тиску, монолітне кріплення вертикальних стволів відчуває навантаження від статичного і динамічного напору підземних вод, що в умовах фільтрації води через кріплення призводить до розчинення і виносу зі складу бетону цементного каменю. Омиваючи бетон, вода розчиняє гідрат окису кальцію, який виділяється при твердінні цементу і виносить його з бетону, знижуючи його міцність. Одночасно збільшується пористість і водопроникність бетонного кріплення [4].

Проте на даний час ще не створено універсальної технології захисту ствола від фільтруючих шахтних вод. Основним напрямком зниження водопритоків є тампонаж закріпного простору як з поверхні, так і із забою споруджуваного ствола, що призводить до значного зниження надходження води в стовбур, але повністю проблеми не вирішує, тому що монолітна бетонне кріплення в силу ряду конструктивних причин не є гідроізоляційним матеріалом.

Зі збільшенням глибини зростає кількість перетинаємих водоносних горизонтів. Більше половини всіх стволів Донбасу мають залишковий водоприток у ствол більше 10 куб. м/год [7].

Дослідження показують, що фільтрація води в основному відбувається не через основну поверхню бетонної крепі, а через окремі тріщини, технологічні шви бетонування та прилеглі до них зони, що складають 6% від висоти заходки бетонування, що застосовується при сумісній схемі виробництва робіт [7] тобто 12-24 см.

Сумісна схема проходки передбачає утворення таких зон кожні 2-4 метри, що тягне за собою розриви суцільності бетонного кріплення, зростання водопритоків, корозії і як наслідок надалі ремонту кріплення, зниження безпечних умов її експлуатації.

Причина криється в розвитку усадочних явищ в процесі твердіння бетонної суміші нової заходки, низькою адгезії до вже затверділого бетону, неповному заповненні стиків між заходки.

Через технологічні шви надходить основна кількість води - від 30 до 100% залишкового притоку. Середнє значення припливу через шви досягає 75% від залишкового. Водоприток відбувається не тільки через зону технологічного шва, але і через нижчеприлеглу зону шва бетонного кріплення висотою 10-40 см [7].

Проникність технологічного шва в десятки разів більше проникності бетону і залежить від складу бетону, виду застосовуваного цементу, умов формування зони шва, типу добавок, інших факторів. Конструкція стику старого бетону з новим робить істотний вплив на міцність шва, однак не позначається на його водопроникності. Міцність шва збільшується в залежності від площі стикаємихося поверхонь. Підбір складу бетонної суміші підвищує адгезію старого і нового бетонів в 1,2-1,5 рази, проте повністю питання щільності шва не вирішує. Спосіб укладання й ущільнення бетонної суміші на 10-15% збільшує міцність і непроникність технологічного шва. Вибір оптимальної технології укладання бетону дозволяє знизити в 1,3-5 разів проникність швів за рахунок зменшення розшарування бетонних сумішей. Умови укладання та застигання бетону мають негативний вплив на якість омонолічування технологічних швів. Однак вологі умови застигання і насиченість старого бетону водою сприяють поліпшенню міцності шва на 20-25% за рахунок зниження в бетоні усадочних напруг.

На товщину зони шва за даними [7] впливає ряд умов: а) структуроутворення (пов'язане з розшаруванням суміші); б) технологічні умови (перерва у бетонуванні та ін); в) умови застигання (температура, вологість); г) умови укладання (краплі, потоки та ін)

Для зменшення впливу першого фактора необхідно застосування більш пластичних складів бетонної суміші, використання всіляких добавок в бетон, нових конструкцій гасителів швидкості та ін. Умови твердіння забезпечуються подачою у ствол підігрітого повітря. Зниження впливу перерви у бетонуванні можливо при переході від сумісної до паралельної технології проходки, що до того ж знижує кількість технологічних швів. Але паралельна схема має ряд істотних недоліків, як з точки зору економіки, так і організації робіт, що обмежують її широке застосування. Тому необхідна розробка рішень щодо зниження негативного впливу перерахованих факторів для суміщеної схеми проходки.

Рішенням даного ряду питань може з'явитися із застосуванням у шахтному будівництві, і кріпленні вертикальних стволів зокрема, бетонів на основі цементів що розширюються.

Бетони, які використовуються в даний час для кріплення стовбурів, при повітряному і водо-повітряному твердінні дають усадку, що негативно позначається на якості кріплення, стійкості до сприйняття гірничого тиску, агресії шахтних вод. Це пояснюється тим, що в результаті усадочних деформацій у цементному камені, що заповнює простір між зернами піску і гравію, виникають великі розтягуючі напруги, що призводять до появи в ньому мікротріщин [8]. Такі внутрішні розриви ведуть до того, що у великих бетонних масивах з'являються тріщини, видимі неозброєним оком, і, крім того, у всіх випадках значно підвищується водопроникність і газопроникність цементного каменю.

Усадка, а також різниця усадки нового і старого бетону є однією з найважливіших причин, що викликає порушення або ослаблення зчеплення старого бетону з новим у швах. Найбільший вплив на величину зчеплення надають умови твердіння бетону. В умовах вологого зберігання зразків була отримана значно більш висока міцність зчеплення, ніж при повітряному зберіганні [8].

При застосуванні цементу що розширюється сила розширення викликає розпір, що сприяє зрощуванню старого бетону з новим. До явищ хімічної властивості, таким чином, приєднуються і фізичні. Міцність і непроникність шва на цементі, що розширюється тому повинні бути вище, ніж на звичайному усадочному [8].

Висновок

В результаті аналізу літературних джерел визначені мета і завдання даної магістерської роботи. Отримані залежності як граничні умови при проведенні комп'ютерного обчислювального експерименту.

Бібліографічний список

Белый В.В., Шульга А.С. Беркович И.М., Цурпал Г.М. Ретроспективный обзор – «История Донецкого шахтостроя». Второе издание, дополненное и исправленное. Донецк - 2003 г. - С. 54-356.
Абрамсон Х.И., Бейсбейн Д.А., Черемисин Л.П. О повышении качества стыков бетонной крепи шахтных стволов / Шахтное и подземное строительство. - Москва. – 1980. - №9. - С. 16-18.
Булычёв Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальных стволов шахт / Недра. - Москва - 1978. - С. 13-22.
Казакевич Э.В. Крепление вертикальных стволов шахт монолитным бетоном / Недра. - Москва - 1970 г. - С. 32-33.
Новик Е.Б., Пшеничный Ю.А. Опыт водоизоляции бетонной крепи вертикальных стволов на объектах ГОАО «Трест Донецкшахтопроходка» // Проблемы подземного строительства и направления развития тампонажа и закрепления горных пород: Материалы научно – практической конференции / Восточноукраинский национальный университет им. В.Даля. - Луганск - 2006. - С. 106-114.
Борщевский С.В., Дрюк А.А., Сирачев А.Ж. К вопросу об увеличении водонепроницаемости монолитной бетонной крепи вертикальных стволов большого диаметра//Проблемы подземного строительства и направления развития тампонажа и закрепления горных пород: Материалы научно – практической конференции / Восточноукраинский национальный университет им. В.Даля. – Луганск - 2006. - С. 152-162.
Шилин А.А. Повышение гидроизоляционных свойств монолитной бетонной крепи стволов шахт: Автореф. дис. канд. тех. наук: 05.15.04/ МГИ. - Москва. - 1976. - С. 9-12.
Кравченко И.В. Расширяющиеся цементы / Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным иатериалам. - Москва. - 1962. - С. 7-89.
Б.Л. Картозия, Федунец Б.И., Шуплик М.Н., Малышев Ю.Н., Смирнов В.И., Лернер В.Г., Рахманинов Ю.П., Корчак А.В., Филимонов Б.А., Резуненко В.И., Левицкий A.M. Высшее горное образование: Шахтное и подземное строительство. Учебник для вузов, 2-е издание, переработанное и дополненное. Том I / Академия горных наук. - Москва. - 2001.