WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Богомазов Александр Александрович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЖЕСТКОЙ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Специальность:

25.00.22 – «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула – 2007

Работа выполнена в Шахтинском институте (филиале) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Подземное, промышленное гражданское строительство и строительные материалы».

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Прокопов Альберт Юрьевич Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Савин Игорь Ильич кандидат технических наук, доцент Сыркин Сергей Петрович Ведущая организация ОАО «Ростовшахтострой» г. Шахты

Защита состоится 29.05.2007 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, ТулГУ, Горно-строительный факультет, учебный корпус 6, аудитория 220. тел.\факс :(4872) 352113, e-mail :

nsb@sps.tsu.tula.ru.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ТулГУ (г. Тула, пр. Ленина, 92) Автореферат разослан «_»_2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Пушкарёв Александр Евгеньевич.

2 О Б ЩА Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А Р А Б О Т Ы Актуальность работы. Вертикальные стволы относятся к I классу ответственности, так как отказ их в работе приводит к остановке работы всей шахты. Поэтому эксплуатационная надежность стволов шахт должна быть высокой, а принимаемые конструктивно-технологические решения по креплению и армированию стволов обеспечить их безремонтную эксплуатацию.

Армировка оказывает существенное влияние на стоимость ствола (до 15%), трудоемкость (до 10%), продолжительности строительс тва, а также на производительность, надежность и экономичнос ть работы подъемных установок.

Эксплуатация армировки вертикальных стволов осуществляется в сложных климатических, горно- и гидрогеологических условиях, для которых характерны высокая влажность воздуха, значительные сезонные и некоторые суточные колебания температуры вентиляционной струи, высокая подвижность воздуха, наличие капежа и др.

Поэтому проектирование схем, конструкций армировки, а также технологии армирования вертикальных стволов должно производиться с учетом перечисленных воздействий, неизбежных в период эксплуатации ствола.

Комплекс выполненных автором исследований посвящен изучению температурного режима вертикальных (прежде всего, воздухоподающих) стволов Донбасса, его влиянию на напряженно-деформированное состояние жесткой армировки, совершенствованию методики расчета жестких армировок с целью учета сезонных температурных колебаний и их влияния на конструкции армировки и узлы ее анкерного крепления, разработке технологических схем армирования с комбинированным креплением расстрелов, учитывающим температурные нагрузки.

Армировка играет важную роль в обеспечении безопасности эксплуатации ствола. Температурные напряжения в жес ткой армировки могут привести и приводят к аварийным ситуациям. В связи с этим работа является актуальной.

Диссертационная работа подготовлена на основе обобщения результатов исследований, выполненных в рамках госбюджетной темы ГР 0120105855, фундаментальной НИР по Единому заказ-наряду Федерального агентства по образованию «Исследование геомеханических процессов подземного пространс тва, влияние этих процессов на сопутствующие среды и земную поверхнос ть», НИР по хоз. договору №89 (с НТЦ «Наука и практика»).

Целью работы является разработка методов прогнозирования температурных напряжений в элементах жёсткой армировки и научное обоснование рациональных конструкций расстрелов и проводников вертикальных стволов.

Идея работы заключается в снятии и компенсации температурных напряжений в элементах жёсткой армировки достигающихся за счёт использования конструктивных и технологических решений, основанных на выявленных закономерностях процесса.

Методы исследования. В работе использованы натурные наблюдения за сезонными изменениями температурного режима в шахтных стволах, статистический анализ, математическое моделирование напряжённодеформированного состояния элементов армировки. Методы теоретической механики и физики, технико-экономический анализ.

Положения выносимые на защиту:

1. Проектирование жесткой армировки с креплением расстрелов анкерами необходимо осуществлять с учетом календарного времени года армирования и сезонных температурных воздействий. В зависимости от времени года армирования расстрелы и анкера будут испытывать в последствии сжимающие или рас тягивающие температурные напряжения, зависящие от региона, глубины ствола и его назначения;

2. Влияние температурных воздействий на жёсткую армировку ствола проявляется в нарушении анкерного крепления расстрелов, сопровождается локальными деформациями сдвига или разрыва бетонной крепи в месте заделки анкеров. Нарушение заделки и вырывание анкеров из бетона возможно при изменении температуры T = ± (8 – 11)°С для треханкерного узла, и T = ± (10 – 14)°С для четыреханкерного, что соответствует нормальному температурному режиму большинства воздухоподающих стволов Донбасса.

3. Безопасная эксплуатация армировки ствола достигается применением предложенных автором комбинированного способа крепления расстрела и составных конструкций расстрелов с включением температурных зазоров или узлов податливости.

Новые научные результаты, полученные лично соискателем.

1. На основании натурных наблюдений колебаний температуры вентиляционной струи, выполненных в различное время, на шахтах Российского и Украинского Донбасса получена корреляционная зависимость амплитуды изменения температуры в зависимости от глубины ствола, его диаметра, типа армировки, времени года и часа суток. Коэффициент корреляции составил 0,93.

2. Анализируя полученные данные об изменении температуры вентиляционной струи, выполненных в различное время, установлены зависимости среднемесячной температуры воздуха на различных глубинах воздухоподающих стволов Российского и Украинского Донбасса в течение года.

3. Установлены зависимости деформаций удлинения расстрелов и проводников в основных типах жёсткой армировки (армировка одиночным расстрелом, рамная и консольная армировка) в зависимости от глубины ствола и проектной длины расстрела или проводника. Зависимости предс тавлены в виде графиков.

4. На основании численного моделирования, с использованием апробированного программно-вычислительного комплекса «Лира-Windows» 9.2, для рамной армировки установлены опасные узлы, в которых возникают критические деформации в зависимости от температурного напряжения, и предложены технологические меры их устранения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается натурными наблюдениями, проводившимися в течении 3 лет на 16 стволах Российского и 8 стволах Украинского Донбасса. Замеры снимались со 120 замерных станций. Выполнено около 3000 измерений, в результате анализа, которых получены зависимости с высоким коэффициентом корреляции в диапазоне 0.99-0.93. Так же достоверность подтверждается актом внедрения и использованием предложенной методики при проектировании 2 вертикальных стволов.

Научное значение работы заключается в разработке методов прогноза:

– влияния суточных и сезонных колебаний температуры атмосферного воздуха на характеристики теплового режима вертикальных воздухоподающих и вентиляционных стволов;

– параметров напряженно-деформированного состояния армировки от суммарного воздействия эксплуатационных и температурных нагрузок в зависимости от схемы армировки, глубины ствола, его назначении в проветривании и параметров подъема;

– снижения напряжений в армировке при использовании комбинированного способа крепления расстрелов, а также узлов, компенсирующих тепловое расширение (сжатие) конструкций.

Практическое значение работы заключается в разработке мер защиты элементов жёсткой армировки вертикальных стволов от отрицательного влияния температурных напряжений использованием узлов податливости, либо заделкой концов расстрелов в лунки в местах наиболее подверженных проявлению температурных нагрузок.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований были использованы НТЦ «Наука и практика» при разработке рабочей документации жесткой армировки клетевого ствола «Северо-Восточный» рудника «Дарасунский» и скипового ствола рудника «Ново-Широкинский» УК «Русдрагмет» в части проектирования параметров жесткой армировки с учетом температурных воздействий и разработки технологии крепления расстрелов в бетонной крепи стволов.

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (г. Москва, МГГУ, 2006, 2007 гг.), Второй международной конференции по проблемам горной промышленнос ти, строительству и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности с троительства и энергетики» (г. Тула, ТулГУ, 2005), Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Совершенс твование технологии строительс тва шахт и подземных сооружений» (ДонНТУ, г. Донецк, Украина, 2005 и 2006 гг.), Всероссийском инновационном форуме «ИННОВ-2005» (г. Новочеркасск, 2005 г.), региональной научно-практической школе-семинаре «Прогрессивные технологии строительства, безопасности и рес труктуризации горных предприятий» (Академия строительс тва Украины, г. Донецк, 2005 г.), и L, LII, LIII и LV научных конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (г. Шахты, 2001-2006 гг.), научных семинарах кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ ЮРГТУ(НПИ) и НТЦ «Наука и практика».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 149 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 30 таблиц, список использованной литературы из 127 наименований и 4 приложений, включающих основные расчетные таблицы, результаты исследований, акт внедрения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В отечественной горнодобывающей промышленности около 75% стволов имеют жесткую армировку, 17% – канатную, 8% – смешанную.

Перспективным направлением развития жесткой армировки является применение безрасстрельных (консольных, консольно-распорных, блочных) конструкций с анкерным креплением консолей (распоров, блоков).

К основным причинам нарушения армировки относятся воздействие на металлические расстрелы и проводники сильно минерализованных агрессивных вод; влияние очистных работ; воздействие на проводники при движении подъемных сосудов различного рода и характера усилий и ударных нагрузок, температурные воздействия и пр.

Наиболее предпочтительным с точки зрения трудоемкости, технологичности, эксплуатационных характеристик и напряженно-деформированного состояния конструкций является анкерный способ крепления расстрелов, который с начала 90-х гг. ХХ в. постепенно заменяет способ заделки концов расстрелов в лунки бетонированием, считавшийся наиболее надежным и традиционным.

Все требования к проектированию жесткой армировки вертикальных стволов делятся на функциональные, выполнение которых призвано обеспечить безаварийную работу подъема при заданной скорости и концевой нагрузке в течение заданного срока службы ствола в конкретных горногеологических условиях; технические, включающие правильное научно обоснованное проектирование (конструирование и расчет) армировки, что обеспечит ее высокие эксплуатационные характерис тики; экономические, обуславливающие необходимость максимального сбережения материальных и трудовых ресурсов, как при армировании ствола, так и при эксплуатации армировки.

Современный уровень научных и инженерно-технических знаний в области проектирования армировки вертикальных стволов и передовой практический опыт технологии армирования стволов накоплен в результате работ, исследований и внедрений, проведенных крупными отечественными учеными и инженерами.

Вопросам геомеханики, крепления и поддержания вертикальных стволов посвящены работы И.В. Баклашова, Н.С. Булычева, В.В. Виноградова, В.Т. Глушко, В.П. Друцко, Б.А. Картозия, A.M. Кзела, В.В. Левита, М.Н. Шуплика, А.П. Максимова, Л.Я. Парчевского, Н.М. Покровского, А.Г. Протосеня, И.И. Савина, А.Н. Шашенко и др.

Исследованиям взаимодейс твия в системе «подъемный сосуд – армировка», вопросам методики проектирования армировки вертикальных стволов посвящены труды И.В. Баклашова, В.Д. Белого, Н.Г. Гаркуши, В.И. Дворникова, В.Ф. Филатова, А.А. Храмова, Ягодкина Ф.И. и др. Труды этих ученых были положены в основу Методики расчета жесткой армировки вертикальных стволов ВНИИГМ им. Федорова и Пособия по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников (к СНиП II-94-80).

Вопросам разработки новых схем и конструкций армировки, технологии крепления и армирования вертикальных стволов посвящены труды А.Г. Акимова, И.В. Баронского, С.В. Борщевского, И.Б. Доржинкевича, И.А. Мартыненко, Е.В. Петренко, М.С. Плешко, А.Ю. Прокопова, А.А. Пшеничного, Ю.И. Свирского, И.С. Стоева, С.Г. Страданченко, П.С. Сыркина, Р.А. Тюркяна, Н.К. Шафранова, Ф.И. Ягодкина и др.

Однако, в вышеназванных работах, проектирование схем и конструкций жесткой армировки рассмотрено без учета влияния температурных климатических воздействий. Разработанные податливые, регулируемые, ремонтопригодные конструкции узлов крепления расстрелов к стенке ствола не учитывают величину теплового линейного расширения конструкций, связанную с суточными и сезонными колебаниями температуры воздуха в вертикальных воздухоподающих стволах. Остается недос таточно изученным вопрос влияния разности температур на формирование в конструкциях крепи и армировки дополнительных напряжений и деформаций. Существующие методики расчета жесткой армировки никак не учитывают влияние разности температур конструкций.

Pages:     || 2 | 3 |






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