WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Ряд 1 – рост относительных напряжений (%) на внутренней стороне внутренних рёбер чугунных тюбингов.

Ряд 2 – рост относительных напряжений (%) на внутренней поверхности внутреннего слоя бетона.

Ряд 3 – рост относительных напряжений (%) на внутренней поверхности внешнего слоя бетона с учётом возведения передового бетона.

Основной причиной столь неблагоприятного распределения напряжений в крепи помимо использования при проектировании обычного бетона является снижение деформационных характеристик последнего в результате влияния особенностей его спуска, укладки и работы. При анализе описанного опыта, проведённых натурных наблюдений и замеров, выполненных при проходке скипового ствола рудника «Мир», были выявлены следующие основные факторы, отрицательно влияющие на свойства бетона:

1. В рамках применяемой технологии спуск бетонной смеси выполняют по трубопроводам, а укладку производят через отверстия в тюбингах, что накладывает существенные ограничения (подвижность, размер крупного заполнителя) на её состав, которые отрицательно влияют на деформационные характеристики бетона.

2. Бетон, находящийся между породой и чугуном, работает в условиях объёмного напряжённого состояния, при этом величина модуля деформации бетона снижается до 50%.

3. Под воздействием длительно действующей нагрузки бетон активно проявляет реологические свойства, значительно изменяя в сторону снижения деформационные характеристики, замеренные при мгновенном нагружении.

Таким образом, для более эффективного использования материалов, повышения несущей способности и экономической эффективности использования чугунно-бетонной крепи необходимо изменить существующую практику и использовать бетоны не с пониженным, в силу технологических особенностей возведения, а с повышенным модулем деформации. Для этого существует две основные возможности: использование бетонов более высокого класса по прочности, или тех же по прочности, но с повышенным модулем деформации. С учётом указанного выше был рассмотрен характер нагружения слоёв чугунно-бетонной крепи при применении различных бетонов. Для примера ниже приведён результат сравнения 4-х видов, наиболее характерных из выбранных первоначально: обычный, чаще всего применяемый, бетон класса В20 по прочности; с повышенным модулем деформации В20; используемый при креплении стволов за рубежом бетон класса В40; В40 с повышенным модулем деформации. Для наглядности толщина слоя бетона подобрана таким образом, чтобы несущая способность крепи оставалось примерно одинаковой (разница не более 2,5%). Результат см. рис. 3.

Как видим из графиков, применение высокопрочных бетонов (ряд 3-4) либо того же класса по прочности, но с повышенным модулем деформации (ряд 5-6) позволяет снизить толщину крепи при сохранении несущей способности. При этом в последнем случае достигается более рациональное распределение напряжений между слоями, для бетона это при достижении предельного состояния чугуном, в рёбрах тюбингов. Сравнивая по аналогии, видим, что использование высокопрочного бетона приводит к снижению относительного загружения до, т.е. материал используется менее эффективно.

Выполненное исследование характера работы чугунно-бетонной крепи, при существующем подходе в её проектировании и возведении позволило сделать следующие выводы.

1. При существующих параметрах чугунно-бетонных крепей несущая способность бетона используется неэффективно.

2. Повышения модуля деформации бетона с точки зрения эффективности использования материалов рациональнее добиваться применением более жёстких смесей и повышением размеров крупного заполнителя, а не использованием более прочных бетонов.

Рисунок 3 - Распределение напряжений в чугунно-бетонной крепи в зависимости от класса бетона и толщины слоя

Ряд 1, 3, 5, 7 – изменение напряжений на внутренней поверхности рёбер тюбингов, соответственно при бетоне В20 толщиной 0,5 м, В40 толщиной 0,3 м, В20 толщиной 0,3 м, и =37500 МПа, В40 толщиной 0,2 м, и =45500 МПа.

Ряд 2, 4, 6, 8 – изменение напряжений на внутренней стороне слоя бетона, соответственно при толщине 0,5 м, В20, толщине 0,3 м, В40, толщине 0,3 м, В20, и =37500 МПа, толщине 0,2 м, В40, и =45500 МПа.

3. Толщину затюбингового слоя при использовании высокомодульных бетонов можно сокращать, по сравнению с обычным бетоном того же класса по прочности, без снижения несущей способности крепи.

4. Применение высокомодульных бетонов в чугунно-бетонной крепи приводит к более благоприятному распределению напряжений между слоями и, как следствие, к повышению несущей способности крепи.

Для определения параметров бетона, при которых напряжения в материале крепи будут равнопропорциональны их прочности, автором разработана соответствующая методика расчёта. Расчётная схема представлена на рис. 4.

Расчёт по предлагаемой методике выполняется в следующей последовательности:

1. В соответствии с методикой, рекомендованной приложением к СНиП «Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчёту крепи», находим значения напряжений в чугуне рёбер тюбингов () и бетоне () при варьировании величин модуля деформации бетона () и нагрузки на крепь (p05).

2. Определяем относительную величину напряжений:

, %

, %

Рисунок 4 - Схема к расчёту чугунно-бетонной крепи

1 – условно выделенный при расчёте слой, моделирующий внутренние рёбра тюбингов; 2 - спинки тюбингов; 3 – условно выделенный при расчёте слой, моделирующий внешние рёбра - бетон; 4 - затюбинговый слой бетона; 5 - передовой бетон.

где - относительные максимальные напряжения в чугуне, %;

- максимальные напряжения возникающие в чугуне внутренних рёбер тюбингов, МПа;

- расчётное сопротивление чугуна сжатию, МПа.

- относительные максимальные напряжения в бетоне, %;

- максимальные напряжения, возникающие в бетоне, МПа;

-объёмная прочность бетона, МПа;

3. Определяем зависимость для первого (рёбра тюбингов) и пятого (бетон) слоёв, согласно принятой методике расчёта первыми достигающими предельного состояния, от при варьировании нагрузки на крепь (p05). В качестве примера приведён график, который был получен при расчёте крепи скипового ствола рудника «Мир» (см. рис. 5).

4. Находим величину для каждого значения p05, при которой выполняется равенство:

Для этого аппроксимируем полученные данные (см. рис. 5 графики 1-12) полиномиальной функцией второго порядка вида, где,. Далее приравниваем уравнения рядов 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 и, решая системы уравнений, находим значения, при которых выполняется условие, и соответствующие значения.

5. Полученные данные аппроксимируем полиномиальной функцией второго порядка вида, где,, см. рис. 5, ряд 13.

Рисунок 5 - Зависимость относительных напряжений () от модуля деформации бетона ()

где 1-12 – графики зависимости от, при различных значениях p05.

Скорости роста относительных нагрузок в бетоне и чугуне различны, поэтому добиться соблюдения условия можно лишь при одном значении. Поставим условие и, т. е. в этом случае и, таким образом находим наиболее рациональное значение при заданных условиях (графическое выражение см. рис. 5 точка пересечения графиком 13 уровня ).

Для упрощения процесса определения рационального значения автором методом четырёхфакторной классификации в греко-латинском квадрате были выделены основные влияющие факторы, в число которых вошли: диаметр ствола (D), толщина стенки тюбинга () и класс бетона по прочности (). Далее для широкого спектра условий:

  • диаметров стволов от 6 до 9 м в свету,
  • тюбингов с толщиной спинки от 40 до 100 мм,
  • бетонов от В20 до В50

выполнен комплекс расчётов, позволивший методом аппроксимациии полученных данных и их уточнением методом последовательных приближений вывести уравнения в виде полиномов второй степени. Полученные зависимости позволяют с высокой точностью (среднеквадратичное отклонение не ниже 0,98) определять наиболее рациональное значение модуля деформации бетона для конкретных условий (см. табл. 1).

Таблица 1 - Полученные зависимости рационального модуля деформации

бетона от диаметра ствола, прочности бетона

и толщины стенки тюбинга

Диаметр ствола в свету D, м

Выявленная зависимость

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

В настоящее время при строительстве стволов применяют две основные технологические схемы возведения чугунно-бетонной крепи. В первом случае при проходке по замороженным, слабым, неустойчивым породам, в забое возводят с помощью передвижной опалубки монолитную бетонную крепь. Чугунные тюбинги устанавливают заходками снизу вверх, оставшееся пространство шириной 100-200 мм, иногда более, заполняют цементно-песчаным раствором. Во втором случае в достаточно устойчивых породах, чугунные тюбинги навешивают из забоя; бетон в затюбинговое пространство укладывают заходками длиной до 15 м, иногда и более, через соответствующие отверстия. Ни одна из указанных схем крепления не обеспечивает экономичного расхода материалов, обе имеют высокую трудоёмкость и отрицательно сказываются на скорости строительства стволов.

С точки зрения использования бетонов с повышенным модулем деформации обе схемы неприменимы. Первая - ввиду невозможности использования жёстких смесей с размерами зёрен крупного заполнителя более 20 мм, вторая - ввиду необходимости длительной самостоятельной работы передовой крепи.

Разработанная автором технология возведения комбинированной крепи по параллельной схеме (см. рис. 6) позволяет возводить трёхслойную конструкцию с небольшим отставанием навески тюбингов, что существенно снижает необходимую мощность передового бетона, ширину монтажного зазора, соответственно расширяет область её применения, и, главное, даёт возможность использовать при креплении бетоны с повышенным модулем деформации. Сущность предлагаемой технологии заключается в следующем.

Рисунок 6 - Предлагаемая схема возведения комбинированной чугунно-бетонной крепи

1 – металлическая передвижная опалубка; 2 –передовой бетон; 3 –подвесной проходческий полок; 4 –электроталь; 5 –став чугунной тюбинговой крепи; 6 –погрузочная машина; 7 –поддон; 8 –затюбинговый бетон; 9 –шланг подачи затюбингового бетона/цементного раствора.

Основные проходческие процессы – бурение шпуров, заряжание, взрывание, погрузка породы и выдача её на поверхность осуществляются в обычном порядке, с использованием стандартной проходческой техники. Навеска тюбингов производится с модернизированного полка. К обычному двухэтажному полку достраивается два дополнительных этажа, каждый из которых оборудуется талью и круговым монорельсом для её передвижения. На верхнем этаже устанавливается бункер для приёма бетона.

Процесс возведения крепи ведётся параллельно с основными проходческими процессами. В забое ствола с помощью передвижной секционной опалубки, укладывают бетонную смесь. При этом качество работ по сравнению с укладкой бетона за тюбинги существенно повышается. Например, при применении жёстких смесей с крупным заполнителем более 40 мм появляется возможность применять уплотнение вибраторами. Спуск бетона производится специальными контейнерами, выгрузка которых в приёмное устройство осуществляется на верхнем этаже проходческого полка. Тюбинги навешивают с верхних этажей проходческого полка при помощи, специально установленных для этой цели 2-4 талей (в зависимости от диаметра ствола).

Заполнение зазора между тюбингами и передовой крепью бетоном (цементным) раствором может выполняться после навески каждой заходки, или нескольких, в зависимости от состояния вмещающего породного массива и соответственно передовой крепи. К нижнему кольцу тюбингов крепится поддон, препятствующий выдавливанию раствора.

На рис. 7 представлены графики, характеризующие затраты труда, определённые для ствола закрепляемого комбинированной крепью с обычным бетоном, по последовательной, и с повышенным модулем деформации, по предлагаемой схеме.

Существенное снижение трудоёмкости при проходке по предлагаемой технологии достигается за счёт:

  • уменьшения объёма вынимаемой горной массы (снижается общая толщина крепи, уменьшаются переборы);
  • снижения объёмов работ по бурению и заряжанию;
  • сокращения объёма работ по погрузке и выдаче породы;
  • уменьшения объёма работ по укладке бетона;
  • перехода от крайне трудоёмкой операции по укладке бетона за тюбинги к его укладке за опалубку.

Рисунок 7 - Зависимость изменения затрат труда при возведении комбинированной чугунно-бетонной крепи по различным схемам

Ряды 1-5 крепь с обычным бетоном, толщина слоя соответственно от 0,3 до 0,7; ряды 6-9 крепь с бетоном с повышенным модулем деформации,

толщина слоя 0,2-0,5.

Скорость проходки повышается благодаря:

  • выполнению одного из наиболее трудоёмких и длительных процессов - навески тюбингов - параллельно с основными проходческими операциями;
  • сокращению трудоёмкости основных проходческих процессов (бурение, уборка породы, крепление).

Для оценки экономической эффективности применения в комбинированной чугунно-бетонной крепи бетонов с повышенным модулем деформации были выделены наиболее распространённые условия сооружения стволов с указанной крепью, и для них выполнен соответствующий расчёт. Сравнивались варианты замены обычного бетона с толщиной слоя 0,5; 0,6; 0,7 м, на, дающий при применении равную или большую суммарную несущую способность крепи, высокомодульный, с толщиной слоя соответственно, - 0,3, 0,35, 0,4 м, при диаметре стволов в свету от 6 до 9 м, проходимых в породах прочностью по шкале проф. Протодьяконова f=2-3; 4-6; 7-9. При расчёте предполагалось, что экономия средств будет происходить за счёт уменьшения:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»