WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Основы расчета температурных режимов вентиляционного воздуха основываются в настоящее время на фундаментальных исследованиях и методах, предложенных в 50-60-х гг. XX в. А.Ф. Воропаевым, Ю.Д Дядькиным, О.А. Кремневым А.Н. Щербанем и др. Дальнейшее развитие этих разработок нашло отражение в трудах Н.А. Брайчевой, В.Я. Журавленко, В.П. Черняка и др.

Вопросам теплообмена, тепло- массопереноса в горных выработках, регулирования теплового режима, тепловым вентиляционным расчетам в шахтных вентиляционных сетях посвящены работы А.С. Бурчакова, А.Ф.

Галкина, Ю.П. Добрянского, Б.Ф. Кирина, И.И. Медведева, Л.А. Пучкова, К.З. Ушакова.

К зарубежным авторам, опубликовавшим свои работы по прогнозированию температуры рудничного воздуха, относятся Т. Болдижар (Венгрия), Е. Литвинишин (Польша), Х. Кьониг и С. Батцель (ФРГ), В. де Брааф (Бельгия), Й. Хиромацу и И. Кокадо (Япония), Д.Р. Скотт (Англия) и др.

Влиянию температурного режима на состояние крепи горных выработок посвящены работы Ф.А. Белаенко, М.М. Вяльцева, Ю.З. Заславского, В.Ф. Трумбачева и др. Однако ни в этих, ни в других работах не рассматривались вопросы влияния теплового режима вертикальных стволов на напряженно-деформированное состояние армировки.

Исходя из вышесказанного, а так же в соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи исследований:

- выполнить анализ схем, конструкций, условий работы армировки вертикальных стволов и требований к ней.

- исследовать влияние суточных и сезонных колебаний температуры атмосферного воздуха на характерис тики теплового режима вертикальных воздухоподающих и вентиляционных стволов.

- разработать математические модели наиболее распространенных армировок клетевых и скиповых стволов и исследовать на них изменение напряженно-деформированного состояния конструкций при дополнительном температурном воздействии.

- на основании результатов моделирования разработать методические основы расчета жесткой армировки с учетом температурных воздействий.

- разработать конструкции и узлы армировки, позволяющие снять тепловое расширение (сужение) конс трукций армировки, а также технологию монтажа конструкций.

- определить облас ть применения разработанных конс трукций армировки.

На основе натурных наблюдений и литературных источников была создана классификация воздействий на армировку вертикального ствола, которая позволила разделить воздействия на 3 основные группы и выявить основные из них.

Исследование амплитуды изменения температуры воздуха (на нулевой отметке и различных глубинах в стволах) на напряженно-деформированное состояние жесткой армировки вертикальных стволов была собрана информация о температурах наружного воздуха и вентиляционной струи в вертикальных стволах Российского и Украинского Донбасса различного назначения: со свежей струей (воздухоподающих, вспомогательных) и с исходящей (вентиляционные, главные и др.).

На основании анализа полученных данных сделаны следующие выводы:

Тепловые параметры вентиляционной струи в воздухоподающих стволах зависят в первую очередь от температуры поступающего в шахту воздуха, его сезонных и суточных колебаний. Температура воздуха в воздухоподающих стволах Донбасса при соблюдении требований ПБ к тепловому режиму изменяется в течение года в широких пределах: от 2,5 до 23°С.

При возникновении аварий в работе калориферов нарушается тепловой режим, при этом в стволах наблюдаются отрицательные температуры (от -14°С на нулевой раме до 0°С на глубине 350-400 м). В этих случаях зафиксировано обледенение крепи стволов до глубины 200 м (в Российском Донбассе) и до 400 м (в Украинском Донбассе).

Амплитуды суточных температурных колебаний Тсут от глубины ствола Н. Для условий Российского Донбасса эта зависимость имеет вид Тсут = 5,08 е-0,0052Н. (1) С=0,9248, где С – коэффициент корреляции.

Колебания температуры в течение суток в устьях воздухоподающих стволов Восточного Донбасса достигают 5°С и более. С глубиной эти колебания уменьшаются и уже на глубине 300-350 м почти прекращаются (рис. 2).

На рис. 1 линиями показаны средние значения натурных наблюдений проводимых в разное время года и характеризующие максимальные изменения амплитуды колебания температуры.

Рис. 1. Зависимость суточных колебаний температуры для каждой серии опытов При анкерном креплении всех концов расстрелов температурные нагрузки вносят значительный вклад в формирование суммарного НДС конструкций армировки в период эксплуатации и составляют для различных схем армировки и параметров подъема:

– при Т = 10°С – от 16 до 58% общего эквивалентного напряжения;

– при Т = 20°С – от 28 до 74%;

– при экстремальных температурных нагрузках – до 87%, в том числе с превышением допустимых напряжений в конструкциях армировки.

Наиболее надежным способом защиты армировки от нарушений в результате температурных воздействий, является включение в конструкцию узлов податливости или использование других (неанкерных) способов крепления одного из концов наиболее нагруженного расстрела.

На основании результатов моделирования разработана методика проектирования жесткой армировки с анкерным креплением, учитывающая температурную (нормальную и экстремальную) нагрузку на конструкции.

Под ожидаемой нормальной температурной нагрузкой Т на армировку будем понимать значение максимального отклонения температуры конструкции относительно температуры ее монтажа при соблюдении теплового режима в стволе.

Температура воздуха при монтаже конструкции (на нулевой отметке) будет зависеть от календарного времени года и для Шахтинского района Донбасса может определяться по графику Для других районов Донбасса (или других бассейнов, где самым холодным месяцем является январь), температура воздуха при монтаже (на нулевой отметке) может быть определена по формуле 2(n -1), tв = tср -W cos (2) где tср – среднегодовая температура наружного воздуха, °С; W – максимальное отклонение температуры от ее среднего значения; n – номер месяца, в котором производится монтаж армировки.

Так как с увеличением глубины ствола температура воздуха изменяется, то значение температурной нагрузки на армировку рекомендуется рассчитывать на различных глубинах: 0; 20; 100 и далее через каждые 100 м до глубины 700 м.

В соответствии с проведенными исследованиями среднемесячная температура воздуха в воздухоподающих стволах Донбасса на различных глубинах может определяться по номограмме (рис. 2).

Температура воздуха на конкретной глубине ствола может определяться также по формуле (2), куда должны подставляться соответствующие среднегодовые температуры th и максимальные отклонение температуры от ср среднегодовой Wh, характерные для данной глубины ствола. Значения th и ср Wh для воздухоподающих стволов Донбасса могут быть определены по графикам В вентиляционных и других стволах с исходящей струей воздуха изменений температуры в течение года по горизонтам не наблюдается, суточные колебания отсутс твуют, температура воздуха изменялась только по глубине ствола, в основном, в связи с расширением воздуха при перемещении его вверх и от испарения из него влаги. Эти факторы вызывают охлаждение воздуха на 1,3 – 1,5°С на каждые 100 м и составляют так называемый конвективный градиент К.

Температура воздуха в любой точке ствола до глубины 1000 м может быть определена по формуле tв1 = tод – К(Н – Н1), (3) где tод – среднегодовая температура воздуха в околоствольном дворе вентиляционного горизонта; Н – глубина ствола; Н1 – глубина горизонта, на котором определяется температура.

Рис. 2. Зависимость среднемесячной температуры воздуха на различных глубинах воздухоподающих стволов Донбасса На жесткую армировку воздухоподающих стволов оказывают влияние сезонные перепады температур, которые вызывают изменение длины расстрелов и проводников. Удлинение (укорочение) расстрелов при экстремальных температурных перепадах может достигать 5,5 мм, а проводников – 7,мм и определяться по номограммам в зависимости от глубины ствола и проектной длины расстрела (типа профиля) проводника (рис. 3).

Величиной возможного изменения длины элементов армировки определяется необходимый температурный зазор на стыках проводников или дополнительная величина податливости расстрелов.

В вентиляционных и других стволах с исходящей струей воздуха проектирование армировки может осуществляться без учета сезонных и суточных колебаний температуры.

Для оценки степени влияния температурных нагрузок на формирование напряженно-деформированного состояния жес ткой армировки были построены математические модели типовых схем жесткой армировки, разработанных институтом Южгипрошахт и получивших наибольшее распространение в практике строительс тва и эксплуатации вертикальных стволов в России и Украине.

Проектная длина расст рела, м 9 8 7 6 5 Амплитуда по экстремальным температ урам Амплитуда по среднемесячным температ урам 5,5 -5 4,55 -40 3,5 30 2,5 -20 1,5 -10 -,5 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 -55 5 0 -4 4 -35 -3 -25 2 -15 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Удлинение расстрела, мм Глубина ствола, м Рис. 3. Номограмма для определения удлинения расстрела в зависимости от глубины ствола и проектной длины расстрела Задачей исследований является изучение напряженнодеформированного состояния армировки вертикального ствола от совместного влияния нагрузок со стороны движущихся подъемных сосудов и температурных нагрузок и ус тановление максимально допус тимых температурных нагрузок на армировку, при которых будет обеспечена нормальная работоспособность расстрелов, проводников и узлов анкерного крепления элементов армировки к крепи ствола.

Для решения поставленной задачи используется метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в форме перемещений. Для численного моделирования по этому методу использовался программный комплекс «ЛИРАWindows» (версия 9.2) По результатам моделирования были сделаны следующие выводы:

Проектирование жесткой армировки с креплением расстрелов анкерами необходимо осуществлять с учетом календарного времени года армирования и сезонных температурных колебаний. В зависимости от времени года армирования конс трукции армировки в последствии будут испытывать положительные или отрицательные температурные воздействия.

Напряжённо деформированного состояния жесткой армировки при температурных нагрузках зависит от схемы и конструкции армировки. Для анализа Напряжённо деформированного состояния все конструкции армировки можно разделить на 3 группы: одинарные (центральные или хордальные) расстрелы, рамные конструкции и консольные или П-образные конструкции.

Амплитуда температурных колебаний, град При температурной нагрузке на жесткие одинарные расстрелы в них возникает продольная сила N, создающая дополнительное нормальное напряжение в балках, перемещения в силу отсутствия податливости такого расстрела будут равны 0. Примером такого Напряжённо деформированного состояния может служить схема С5 Южгипрошахта (рис. 4).

а) б) Рис. 4. Схема армировки (а) и схема конечно-элементной модели (б) с учётом температурных воздействий На рис. 4,б цифрами 1-20 обозначены расстрелы, 21-40 проводники.

Стрелками показаны силы, возникающие в них при воздействии температурных нагрузок.

При рамной конс трукции яруса в основных несущих расстрелах, кроме действия продольной силы N, будут возникать перерезывающие силы Q в местах примыкания дополнительных расстрелов, также подверженных влиянию температурных нагрузок. Однако величины этих перерезывающих сил не превышают 5-8% от основных продольных сил, действующих в расстрелах. Перемещения в ярусе в силу его большой жесткости также незначительны и составляют при нормальном тепловом режиме – не более 1,5 мм, а при экстремальных температурных нагрузках – не более 3 мм. Демонстрация изменения напряженно-деформированного состояния этой группы армировок выполнена на примере типовой схемы клетевого ствола КПри использовании консольных или П-образных расстрелов действие положительной (отрицательной) температурной нагрузки практически не вызывает дополнительных напряжений, однако приводит к удлинению (укорочению) консолей, которое даже при экстремальных нагрузках не превышает допустимых значений.

Изменение напряженно-деформированного состояния консолей при воздействии температурной нагрузки показано на примере типовой схемы клетевого ствола К1.

Продольные и перерезывающие силы в расстрелах передаются на узлы анкерного крепления армировки. Напряжения, возникающие в штангах, прямопропорциональны действующим температурным нагрузкам и для большинства типовых схем армировки не превышают допустимых значений.

Максимально допус тимые температурные нагрузки Т по фактору максимально допус тимых эквивалентных напряжений в анкерах зависят от схемы яруса, профилей армировки и для стандартных диаметров анкеров колеблются в пределах от 21 до 41°С для треханкерных узлов крепления и от 28 до 55°С – для четыреханкерных узлов.

Нарушение узлов анкерного крепления от дейс твия температурных нагрузок наиболее вероятно из-за превышения допус тимых напряжений среза в бетоне, окружающем анкер. По данному фактору, нарушение заделки и вырывание анкеров из бетона возможно уже при температурной нагрузке T = 8 – 11°С для треханкерного узла, и T = 10 – 14°С для четыреханкерного, что соответс твует нормальному температурному режиму большинства воздухоподающих стволов Донбасса.

Повысить максимально допус тимую температурную нагрузку на армировку можно применением анкеров большего диаметра или материала заделки с лучшими прочностными характеристиками.

Как показывают исследования, при нарушении нормального теплового режима стволов могут возникать аварийные режимы, характеризующиеся отрицательными температурами до глубины 400 м. В этом случае могут возникать экстремальные температурные нагрузки на армировку Тэ.

где Т – нормальная температурная нагрузка, определяемая по формуле (1);

tэ – величина превышения нормальных максимумов (минимумов) температур при нарушении теплового режима, э э Значения экс тремальных температур Т, Тmin, зафиксированных в max воздухоподающих стволах Донбасса, а также нормальных температур н н Т, Тmin, приведены на рисунке.

Pages:     | 1 || 3 |






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