WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

max Из результатов исследований влияния температурных нагрузок на НДС армировки, следует, что в расстрелах при нагревании (охлаждении) возникает продольная сила Nt, которая может быть определена по формуле Nt = kt F T, (4) где F – площадь поперечного сечения профиля расстрела, м2; T – температурное воздействие, град. определяемая при расчете на нормальный тепловой режим по формуле (1), на экстремальный – по формуле (3); kt – коэффициент пропорциональности, Па/град, определяющий какая продольная сила возникает на единице площади сечения расстрела при его нагревании на 1°С, по данным моделирования значение kt может быть ориентировочно принято:

– для расстрелов двутаврового и коробчатого профиля kt = 2,47·106 Па/град;

При расчете консольных расстрелов продольная сила принимается Nt = 0. N – суммарная продольная сила от эксплуатационных и температурных нагрузок, кН, определяется как сумма продольной силы, вызванной температурной нагрузкой и продольной силой вызванной эксплуатационными нагрузками При проектировании анкерных узлов крепления расстрелов обязательно должна производиться оценка напряжений среза в бетоне, окружающем анкер. Как показали результаты моделирования, по данному фактору узел анкерного крепления расстрела является наименее работоспособным, поэтому напряжения среза в бетоне в большинстве случаев будут определять оценку прочности узла в целом.

Расчет обязательно производить с учетом температурных нагрузок.

При стержне анкера из периодического профиля класса АII диаметром от 0,02 до 0,07 м максимальные напряжения среза в бетоне, МПа, будут равны 0,092 1,313 N = + 10-3, (5) max Dст n Dст где Dст – диаметр стержня, м; N – продольная сила от совместного действия эксплуатационных и температурных нагрузок, кН; n – количество анкеров, закрепляющих расстрел.

Полный расчет узлов анкерного крепления расстрелов, кроме перечисленных проверок, должен включать расчет оценку напряжений в опорной плите, местах ее соединения с расстрелом и в сварных швах, оценку напряжений среза в плите вблизи отверстий под анкеры.

Основными направлениями совершенствования схем, конструкций армировки и технологии армировании, позволяющими улучшать неблагоприятное напряженно-деформированное состояние конструкций вследствие колебаний температуры, являются следующие.

Рациональное сочетание способов крепления расстрелов к крепи ствола. Так, например, жесткие узлы анкерного крепления, в которых возникают наибольшие усилия вследствие перепадов температуры, можно заменять широко распространенными ранее узлами крепления бетонированием в лунках, которые обеспечивают меньшую жесткос ть, но при этом появляется возможность незначительного смещения конца расстрела;

При воздействии отрицательных температурных нагрузок на расстрел, жестко закрепленный анкерами с обоих концов, образуется дополнительное натяжение стержня, возникает «эффект струны», в результате чего значительно ухудшаются динамические характерис тики системы «сосуд – армировка». В итоге при суммарном воздействии отрицательных температурных нагрузок и динамических воздействий со стороны подъемного сосуда может происходить разрушение заделки анкеров и вырывание расстрелов.

Узлы, на которые, дейс твуют наибольшие усилия (в частности продольная сила, пытающаяся вырвать анкеры из заделки), предлагается выполнять способом бетонирования в лунках. Для всех остальных узлов, в которых не возникает недопустимых напряжений, можно использовать анкерное крепление, как наиболее экономически и технически целесообразное.

В качестве альтернативного варианта может быть использован следующий вариант крепления расстрела. Один из концов заделывается в лунку как обычно, а второй, перед замоноличиванием жестко закрепляется в лунке анкерами или с помощью уголка, приваренного к торцевой стороне расстрела. Это обеспечит жес ткую фиксацию одного конца расстрела и возможность небольшой податливости другого.

Использование узлов осевой податливости расстрелов. Одним из способов снижения напряжений в расстрелах, возникающих из-за воздействия температурной нагрузки, может быть включение в конструкции узлов податливости. Для компенсации смещений узлов крепления расстрелов от отрицательной температурной нагрузки, в предложенных конструкциях силой натяжения болтов можно регулировать силу трения между составными элементами расстрела, которая должна быть в 2-3 раза ниже, чем вырывное усилие на анкеры, действующее при понижении температуры и рассчитанное на максимальную (амплитудную) температурную нагрузку.

При возникновении положительных температурных нагрузок в конструкциях расстрелов должны предусматриваться температурные зазоры или возможность смещения составных частей относительно друг друга. Величина температурных зазоров t или величины возможного смещения должна определяться в зависимости от ожидаемой температурной нагрузки на конструкции в данном климатическом районе и на данной глубине ствола. Для воздухоподающих стволов Донбасса t рекомендуется принимать не ниже значений, определяемых по номограмме (рис. 2).

Применение безрасстрельных схем и конструкций армировки. Как показали исследования, проведенные на математических моделях, наиболее благоприятными с точки зрения восприятия температурных нагрузок являются конструкции армировки, имеющие жесткое закрепление только с одного конца. К таким конструкциям можно отнести любые безрасстрельные армировки (консольные, консольно-распорные, П-образные, блочные и др.).

Особенностью всех этих и других безрасстрельных схем армировки является возможность свободного удлинения (укорочения) конс трукций при нагревании (охлаждении). При этом величина смещений при дейс твующих в Донбассе температурных нагрузках не превышает допускаемых значений, а температурные напряжения при этом полностью отсутствуют, что благоприятно сказывается на работоспособности и долговечности конструкций.

Одной из разновидностей безрасстрельной армировки можно считать анкерно-консольную армировку, предусматривающую крепление проводников непосредственно к крепи ствола посредством коротких кронштейновконсолей и анкеров. Такие конструкции также будут оставаться работоспособными при любых температурных воздействиях.

Таким образом, доказано еще одно преимущество безрасстрельных армировок по сравнению с традиционными многорасстрельными – высокая работоспособность при любых по знаку и модулю температурных нагрузках.

Предлагаемые решения по совершенствованию методики проектирования жестких армировок и технологии их монтажа приводят к некоторому увеличению трудоемкости работ, незначительному увеличению металлоемкости, как следствие, общей с тоимости начальных затрат. Однако, за счет увеличения долговечности армировки снижаются эксплуатационные затраты на ремонт армировки и переармирование.

Экономическая эффективнос ть принятых решений зависит от схемы армировки, конструкции узлов крепления расстрелов и глубины ствола и колеблется от 38,3% до -6,7%. Полученная для ряда сочетаний факторов отрицательная эффективность свидетельствует о том, что предлагаемые решения имеют определенную облас ть применения, ограниченную, прежде всего, глубиной ствола.

Для схем армировки, как клетевых, так и скиповых стволов, характеризующихся рамной конструкцией яруса (К3, К4, К5, С1, С2, С3), облас ть экономической эффективности охватывает глубину до 700-1000 м при использовании 3-ханкерных и до 400-800 м – 4-ханкерных узлов крепления расстрелов.

Для схем, характеризующихся одинарными (центральными, хордальными) расстрелами, не связанными в ярус (К1, К2, К6, К7, С4, С5) область экономической эффективнос ти – глубина до 300-400 м для 3-ханкерных и до 100-200 м – для 4-ханкерных узлов крепления расстрелов.

Результаты работы используются НТЦ «Наука и практика» при проектировании и обследовании состояния армировки вертикальных стволов, а также Шахтинским институтом ЮРГТУ(НПИ) в учебном процессе при изучении дисциплин «Шахтное и подземное строительство» и «Аэрология подземных сооружений».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании натурных наблюдений за сезонными изменениями температурного режима в шахтных стволах, статистического анализа, математического моделирования напряжённо-деформированного состояния элементов армировки, технико-экономического анализа, изложены научно обоснованные технические и технологические решения конструкций и технологии монтажа жёсткой армировки при воздействии температурных нагрузок, обеспечивающие снятие возникающих напряжений с узлов крепления расстрелов, что имеет существенное значение для экономики шахтного и подземного строительства.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Доказано, что проектирование жесткой армировки с креплением расстрелов анкерами необходимо осуществлять с учетом календарного времени года армирования и сезонных температурных воздейс твий. 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. Выявлено что влияние температурных воздействий на жёсткую армировку ствола проявляется в нарушении анкерного крепления расстрелов, сопровождающуюся локальными деформациями сдвига или разрыва бетонной крепи в месте заделки анкеров. Нарушение заделки и вырывание анкеров из бетона возможно даже при нормальном температурном режиме воздухоподающих стволов Донбасса при изменении температуры на 8 – 11 °С для треханкерного узла, и 10 – 14 °С для четыреханкерного.

3. Установлено что безопасная эксплуатация армировки ствола может быть достигнута применением предложенных автором комбинированного способа крепления расстрела и составных конс трукций расстрелов с включением температурных зазоров или узлов податливости.

4. Получена корреляционная зависимость амплитуды изменения температуры в зависимости от глубины ствола, его диаметра, типа армировки, времени года и часа суток.

5. Установлена зависимость от времени года средней температуры воздуха на различных глубинах воздухоподающих стволов Российского и Украинского Донбасса.

6. Установлена зависимость удлинения расстрела или проводника от глубины ствола и проектной длины расстрела или проводника.

7. 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 методы их устранения.

8. Предложена технология крепления расстрелов позволяющая снять температурные напряжения.

9. Полученные в работе результаты и выводы рекомендуется учитывать в нормах проектирования параметров жесткой армировки воздухоподающих стволов Донбасса, а также стволов, эксплуатируемых в климатических условиях с высокими амплитудами сезонных колебаний температуры.

10. Результаты работы используются НТЦ «Наука и практика» при проектировании и обследовании состояния армировки вертикальных стволов, а также Шахтинским институтом ЮРГТУ(НПИ) в учебном процессе при изучении дисциплин «Шахтное и подземное строительство» и «Аэрология подземных сооружений».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Богомазов А.А. Исследование температурного режима вертикальных стволов Донбасса и его влияния на жес ткую армировку// Научнотехнические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых, шахтного и подземного строительства: сб. науч. тр. – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2006. – С. 256 – 269.

2. Ягодкин Ф.И., Прокопов А.Ю., Богомазов А.А. Исследование взаимодействия крепи стволов с анкерными конструкциями крепления расстрелов// Горный информационно-аналитический бюллетень – М.:

МГГУ, 2006.– С. 335 – 340.

3. Прокопов А.Ю., Богомазов А.А. Влияние способов крепления расстрелов на технико-экономические показатели армирования вертикальных стволов// Совершенствование проектирования и строительства угольных шахт: Сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. – С. 152-157.

4. Богомазов А.А., Мирошниченко М.А. Анализ способов крепления безрасстрельной армировки вертикальных стволов// Исследования в области инженерно-технических процессов: Сб. науч. ст. студентов, аспирантов и молодых ученых/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ, 2004. – С. 11 – 20.

5. Прокопов А.Ю., Мирошниченко М.А., Богомазов А.А. Совершенствование методики расчета жесткой армировки стволов с высокой интенсивностью подъема// Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений: Сб. науч. тр. – Донецк: Норд-пресс, вып. №11, 2005. – С. 29-30.

6. Прокопов А.Ю., Саакян Р.О., Богомазов А.А. Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния жестких и податливых узлов крепления армировки вертикальных стволов// Материалы второй международной конференции по проблемам горной промышленнос ти, строительству и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности строительства и энергетики» – Тула:

ТулГУ, 2005. – С. 124 –128.

7. Страданченко С.Г., Прокопов А.Ю., Богомазов А.А. Конструктивное улучшение эксплуатационных характерис тик жес ткой армировки стволов с анкерным креплением расстрелов// Прогрессивные технологии строительства, безопасности и реструктуризации горных предприятий:

материалы региональной научно-практической школы-семинара. – Донецк: Норд-пресс, 2006. – С. 198 – 202.

8. Прокопов А.Ю., Богомазов А.А., Пшеничнов С.А. Применение петлевых конструкций крепления хордальных расстрелов в стволах, пройденных в сложных горно-геологических условиях// Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений: Сб. науч. тр.

– Донецк: Норд-пресс, вып. №12, 2006. – С. 8 – 10.

9. Прокопов А.Ю., Прокопова М.В., Богомазов А.А. Комбинированное использование анкерных конс трукций для крепления элементов армировки и упрочнения бетонной крепи ствола// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2006. – Спец. выпуск. Совершенствование техники и технологии угледобычи. – С. 63 – 66.

10. Прокопов А.Ю., Богомазов А.А., Басакевич С.В. О расчете дополнительной вертикальной нагрузки на проводники жесткой армировки при их отклонении от проектного положения// Научно-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых, шахтного и подземного строительс тва: сб. науч. тр. – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2006. – С. 234 – 242.

Pages:     | 1 | 2 ||






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