Обоснование параметров податливой армировки вертикальных стволов для условий деформирующегося породного массива

Саакян, Рафаель Оксенович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование параметров податливой армировки вертикальных стволов для условий деформирующегося породного массива
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров податливой армировки вертикальных стволов для условий деформирующегося породного массива"

На правах рукописи

СААКЯН Рафаель Оксенович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОДАТЛИВОЙ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ДЛЯ УСЛОВИЙ ДЕФОРМИРУЮЩЕГОСЯ ПОРОДНОГО МАССИВА

Специальность

25 00 22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Т\ла - 2005

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

Защита состоитс»У4" .12.2005 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, ТулГУ, учебный корпус 4 аудитория ///

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ТулГУ (г. Тула, пр. Ленина, 92)

Прокопов Альберт Юрьевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Савин Игорь Ильич кандидат технических наук Шелепов Николай Валентинович

Ведущая организация

Открытое акционерное общество «Ростовшахтострой»

Автореферат разослан « & »

2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

'¿■¿ун<£х> Пискунов О.М.

УТО&£ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных экономических условиях для горнодобывающих предприятий особое значение приобретает задача снижения затрат на сооружение и поддержание горных выработок. Поэтому разработка ресурсосберегающих технологий крепления и армирования, а также восстановления рабочих параметров крепи и армировки вертикальных стволов в процессе эксплуатации является актуальной научно-технической и практической задачей.

Как показывает практика, при эксплуатации стволов в сложных условиях и на больших глубинах затраты на переармирование стволов составляют 30-40 % от стоимости сооружения ствола (без учета потерь от снижения производственной мощности шахты в этот период). Поэтому одним из направлений снижения затрат на строительство и эксплуатацию шахтных стволов может быть учет на стадии проектирования армировки ожидаемых воздействий на нее со стороны породного массива и включение в конструкцию расстрелов податливых узлов крепления, позволяющих, как снизить напряжения и деформации в элементах армировки, так и обеспечить ее технологичность и ремонтопригодность.

По данным проведенного анализа состояния вертикальных стволов шахт Российского и Украинского Донбасса, более половины стволов глубиной свыше 700 м имеют существенные нарушения армировки. Это связано с тем, что на больших глубинах и при наличии неблагоприятных горногеологических условий армировка, кроме эксплуатационных нагрузок со стороны подъемного сосуда, испытывает передаваемое через крепь воздействие со стороны породного массива. По этой причине в элементах армировки могут возникать недопустимые напряжения и деформации, вызывающие аварийное состояние ствола и подъемного комплекса.

Комплекс выполненных автором исследований посвящен разработке конструктивных решений армировки для условий деформирующегося породного массива, позволяющих компенсировать смещения пород и стенок крепи, созданию методики основ расчета таких армировок с учетом воздействий со стороны пород и разработке технологических схем армирования и замены армировки с применением разработанных податливых ремонтопригодных конструкций.

Диссертационная работа подготовлена на основе обобщения результатов исследований, выполненных в рамках госбюджетной темы ГР 0120105855, хоз. договоров № 88 (с ООО «Юг-Техник») и № 89 (с НТЦ «Наука и Практика»).

Целью работы является разработка научно обоснованных конструктивных решений податливых узлов крепления элементов армировки к стенкам ствола и методики их расчета для условий деформирующегося породного массива, с целью улучшения эксплуатационных качеств и повышения технико-экономических показателей армировки.

Идея работы заключается в применении ремонтопригодных податливых конструкций узлов крепления рг/сдащ'^^Д^тпп^мыых с учетом внеш-

I библиотека

13 «з&ы

них воздействий со стороны деформирующегося породного массива, что позволяет повысить технико-экономические показатели жесткой армировки

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий системный аначиз и обобщение современного состояния армирования и переармирования п\ боких вертикальных стволов, а также стволов, пройденных в с южных горно-геологических условиях, наблюдения за состоянием крепи и армировки вертикальных ствотов в Восточном Донбассе, методы статистического анализа, методы сгроителыюй механики, метод конечных элементов, технико-экономический анализ

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- на основании исследований методом конечных элементов совместного влияния на армировку экспл>атационных (со стороны подъемных сосудов) и внешних (со стороны вмещающих пород) воздействий, \становлсно, что расчет жесткой армировки вертикальных стволов, проходимых в \счовиях деформирующегося породного массива, должен производиться с \четом внешних воздействий, зависящих от глубины участка и диаметра ствола.

- установлено, что напряженно-деформированное состояние армировки определяется суммарным воздействием эксплуатационных и внешних нагрузок Увеличение соответствующих напряжений в элементах армировки за счет воздействия внешних сил может быть учтено поправочным коэффициентом ^»исш, зависящим от глубины участка, массы и скорости подъемного сосуда и шага армировки Величина коэффициента ^«„«ш- для условий Восточного Донбасса колеблется в зависимости от сочетания указанных факторов от 1 до 5,8:

- доказано, что снижение напряжений в элементах армировки может быть достигнут применением разработанных податливых >злов крепления pac-cipe нов с использованием распорного элемента и запирающих клиньев, при этом величина снижения в зависимости от интенсивности подъема, шага армировки и нагрузок со стороны породного массива составтяет 45 - 65 % относительно напряжений, возникающих при жестком креплении расстрелов.

- разработана методика расчета податливой армировки вертикальных стволов для участков деформирующегося породного массива, учитывающая коэффициенты внешних воздействий и снижения напряжений за счет срабатывания узлов податливости армировки.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается статистическим анализом данных с использованием апробированных программных средств, использованием уравнений сгроительной механики, конечно-этементным анализом с испочьзованием апробированного программно-вычислительного комплекса «Лира-Windows» 9 0, чдовлетвори-тельным совпадением результатов, полученных методом конечных элементов и рассчитанных по нормативной методике (расхождение не бочее 10%), инженерно-техническими проработками и проектными решениями

Научное значение работы заключается в % становлении зависимостей эквивалент ных растягивающих и сжимающих напряжений в элементах армировки от iKcimyáfanHOHHbix и внешних нагрузок определяемых с учетом гл\-

бины ствола, параметров подъема и шага армировки, а также обосновании возможности снижения напряжений в армировке при использовании податливых конструкций узлов крепления расстрелов.

Практическое значение работы состоит

- в разработке новой констру кции податливого ремонтопригодного узла крепления расстрела к стенкам ствола (Патент 2247246 РФ)

- в разработке методики проектирования податливых конструкций узлов крепления армировки для участков деформирующегося породного массива;

- в разработке технологии армирования и переармирования стволов с использованием податливых ремонтопригодных конструкций узла крепления расстрелов

Реализация выводов н рекомендаций работы. Результаты исследований были использованы Шахтинским институтом ЮРГТУ(ИПИ) и НТЦ «Наука и практика» при разработке рабочей документации жесткой армировки ствола «Северо-Восточный» рудника «Дарасунский» ООО «Забайкалзоло-то» в часги определения основных параметров жесткой армировки ствола с креплением анкерами, при ведении работ связанных с переармированием главного ствола шахты им М.П. Чиха, ОАО «РостовшахтострЬй» при проектировании, строительстве вертикальных стволов.

Апробация работы Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на Международных научных симпозиумах «Неделя горняка-2004» (г Москва, МГТУ, 2004 г), «Неделя горняка-2005» (г Москва, МГТУ. 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Уголь-Mining Technologies 2003», посвященной 60-летию ГОАО «Лу-ганскгипрошахт» ДГМИ (г Алчевск, Украина, 2003 г ), Международной научно-практической конференции кафедры «Строительство шахт и подземных сооружений» ДонНТУ (г Донецк, Украина, 2005 г ) и LII, 1ЛП и LIV научных конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (г Шахты, 2003-2005 гг.), научных семинарах кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ ЮРГТУ(НПИ) и секции ГСФ НТС ТулГУ 6 октября 2005 г Разработка «Ремонтопригодный узел крепления армировки шахтного ствола» удостоена Грамоты Всероссийской выставки-ярмарки научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Российской Федерации «ИННОВ-2003» (г. Новочеркасск, 4-7 мая, 2003 г.). Разработка «Ресурсосберегающая технология армирования глубоких вертикальных стволов» удостоена Диплома Всероссийского инновационного форума «ИННОВ-2005» (г. Новочеркасск, 19-21 мая 2005 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ и получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 151 странице машинописного текста, содержит 45 рисунков. 9 таблиц, список использованной литературы из 107 наименований и 6 приложений, включающих таблицы результатов моделирования, копии диплома и грамоты за научные разработки, акт внедрения

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведенный в результате шахтных наблюдений анализ нарушений армировки и способов устранения неисправностей показал, что наибольшая доля причин, связанных с нар>шением крепи и деформации армировки, приходится на строительно-эксплуатационные (66-67 %), проектные (2223 %) и горно-, гидрогеологические и геомеханические, на долю которых приходится 10-11 %. Как показывает практика, наиболее часто деформация армировки происходит вследствие нарушения крепи, что напрямую связано с деформирующимся породным массивом

Как показывает опыт эксплуатации стволов, находящихся в зоне влияния деформирующегося породного массива, степень нарушения крепи и соответственно армировки зависит от состава и механических свойств вмещающих пород, глубины ствола, материала крепи, технологий отработки очранно-i о целика и др. факторов

Проблема совершенствования технологии армирования и ремонта жесткой армировки, а также безремонтного поддержания жесткой армировки в процессе ее эксплуатации имеет высокую научную и практической значимость

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

К ним следует отнести, прежде всего, результаты исследований в области геомеханики горных пород, крепления и поддержания вертикальных стволов, полученные во ВНИМИ (Г А. Крупеников, А.М. Козел, К А. Ардашев, В.Н Рева и др.), ТулГУ (Н.С. Булычев, H.H. Фотиева, В.Н. Каретников, И.И. Савин и др.), М1ТУ (Н.М Покровский, Б.А. Картозия, И.В. Баклашов, М.Н. Шуплик и др.), ВНИИОМШС (ИГ. Косков, В.П. Друцко, В.А. Прагер и др), ИГТМ HAH Украины (В.Т Глушко, А.Ф. Булат, В.В. Виноградов, Б.М. Усаченко), НГАУ (А П. Максимов, Л Я. Парчевский, А.Н. Шашенко, В В Левит), ЮРГТУ (НПИ) (В А. Матвеев, Н.К. Шафранов, В.А Ткачев, С.Г. Страдайченко).

Вопросам технологии проходки, крепления и армирования вертикальных стволов посвящены труды Ф И Ягодкина, И В Баронского, С В. Бор-щевского, И Б. Доржинкевича, Н.Г Гаркуши, И.А Мартыненко, В.И Не-чаенко, Е.В. Петренко, А.Ю. Прокопова, А А Пшеничного, И С. Стоева, П С. Сыркина, В.Ф Филатова, А. А Храмова и др.

Разработке новых прогрессивных схем и способов реконструкции вертикальных стволов посвящены работы А Г Акимова, И Г. Манец, В.П Паршинцева, Ю.Д Снегирева, Б.И. Федунец и др.

Однако, и в этих, и в вышеназванных работах, вопросы проектирования податливых ремонтопригодных конструкций узлов крепления расстрелов к стенке ствола и совершенствования технологических схем ремонта армировки рассмотрены недостаточно Вместе с тем значительный комплекс проблем, связанных с армированием, защитой и поддержанием жесткой армировки вертикальных стволов, находящихся в зоне влияния деформирующегося

породного массива, остается недостаточно изученным, в частности не иссле-доваАось совместное влияние на работу армировки деформирующегося породного массива и эксплуатационных' нагрузок со стороны движущегося подъемного сосуда, а также влияние податливости ремонтопригодных конструкций узлов крепления расстрелов к стенке ствола на снижение напряжений I Элементах армировки

Исходя из вышесказанного, а также в соответствии с делью работы были поставлены следующие задачи исследований: I, - разработка ремонтопригодных податливых конструкций узлов креп-

ления элементов армировки к стенкам ствола для условий деформирующегося породного массива.

- исследование степени влияния околоствольного массива на несущие элементы армировки и оценка изменения напряженно-деформированного состояния расстрелов при использовании податливых узлов крепления;

- разработка методики расчета податливой армировки с учетом влияния нагрузок со стороны деформирующегося породного массива;

- разработка технологических схем монтажа и замены армировки вертикальных стволов с использованием гГодатливых ремонтопригодных конструкций.

, ( На основании анализа применяемых на шахтах России и Украины конструкций армировки разработаны регулируемые и податливые узлы крепления расстрелов к стенке ствола для участков деформирующегося породного массива. Новизна одного из технических решений подтверждается патентом РФ № 2247246 «Ремонтопригодный податливый узел крепления расстрела» (рис. 1).

Рис. 1. Ремонтопригодный податливый узел крепления расстрела

1 ■ запирающие клинья, 2 распорный элемент: .< опорная плита, 4 - расстрельная балка.

11ри разработке конструкций армировки, технологических схем и способов веления работ по ее монтажу и ремонт.' учитывались различные факторы, основными из которых являются: ; ,

- материал крепи;

- схема и тип армировки; ~ :> ,

- назначение и глу бина ствола; ^ . I

- возможное влияние очистных работ в охраййом'целике;

- ожидаемые воздействия на армировку со ¿тдраШ- йородного массива и подъемных сосудов. '' Ц

В качестве основных критериев при разработке конструкций армировки, схем и способов ее монтажа и ремонта пр«тяты следующие:

- увеличение темпов ведения работ, ;,.,,':'.

- увеличение надежности, работоспособности и долговечности армировки;

- снижение трудоемкости монтажа и ремонта ррмировки (уменьшение количества элемевтов, снижение доли ручного фуда, снижение числа операций И т.д.);

- снижение материальных затрат на армирование и ремонт:

- обеспечение универсальности (возможности замены расстрела одного профиля другим) ремонтопригодных конструкций узлов крепления расстрелов к стенке ствола.

Для анализа работоспособности разработанных конструкций, на математических моделях исследовано изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) крепи и армировки в результате приложения нагрузок со стороны деформирующегося породного массива. Для решения поставленной задачи использован метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в форме перемещений. Для численного моделирования по этому методу использован программный комплекс «^З^А-ОДрс^о«^» 9.0.

Для исследования НДС жесткой армировки под воздействием эксплуатационных нагрузок, а также измен^н^я Щ1С в результате дополнительного приложения усилий со сто^рйл вмещающего породного массива были разработаны 1008 конечно-элеМентных моделей армировки, крепи и вмещающих пород, отличающие^ ^гассой, скоростью движения подъемных сосудов, глубиной участка ствола и. шагом армировки. Все разработанные модели были разделены на 2 группы:

-1 группа (включает 168 моделей) - модели,' определяющие базовое НДС, которое возникает при действии нагрузок, предаваемых от движу щихся подъемных сосудов и зависящих от массы, скорости и эксцентриситета груженых подъемных сосудов, а также шага армировки.

- П группа (включает 840 моделей) - модели, характеризующие исследуемое НДС, которое возникает при суммарном воздействии нагрузок от движущихся подъемных сосудов и нагрузок, предаваемых через крепь ствола со стороны деформирующегося массива пород, так как при таком сочетании нагрузок возникают максимальные напряжения в элементах армировки

Рис. 2. Пример конечно-элементной модели для исследования базового НДС

Пример разработанной конечно-элементной модели для расчета параметров базового НДС представлен на рис 2 (модель для ствола диаметром в свету 6,0 м, с постоянным шагом армировки 6,250 и 4,168 м и крепью толщиной 500 мм) Расчет НДС армировки производится без учета нагрузок со стороны породного массива.

Пример конечно-элементной модели, характеризующей исследуемое напряженно-деформированное состояние армировки с деформациями и напряжениями, возникающими под действием не только динамических нагрузок, от движения подъемных сосудов, йо и от нагрузок, передаваемых от деформирующегося породного массива через крепь, приведен на

рис 3 (модель для ствола диаметром в свету 6 м, шагом армировки 6,250 и 4,168 м и крепи точщиной 500 мм, работающей под нагрузкой, передаваемой от массива вмещающих пород, рассчитанной дня глубин 200,400, 600, 800 и 1000 м).

Рис. 3. Фрагмент конечно-элементной модели для определения параметров исследуемого НДС крепи и армировки

/. - место задеЛки узла крепления расстрела в крепь ствола; 2. - массив пород; крепь ствола; 4. расстрельная бачка; 5. - проводник

Для каждой из 1008 моделей были определены параметры НДС армировки и построены изополя эквивалентных напряжений и перемещений Сопоставление резучьтатов, полученных на соответствующих друг другу базовых и исследуемых моделях, показало, что дополнительные нагрузки со стороны деформирующегося породного массива негативно сказываются на напряженно-деформированном состоянии армировки, и, как следствие, на ее работоспособности Степень увеличения напряжений в исследуемых вариан-

тах по сравнению с аналогичными базовыми вариантами значительно колеблется в «ависимости от глубины, шага армировки и ишенсивносш подъема (массы подъемного сосуда и скорости его движения) По результатам моделирования для условий Восточного Донбасса можно сделать следующие выводы.

- при глубине ствола до 400 м и скорости движения подъемных сосудов бочее 8 м/с влиянием нагрузок на армировку со стороны вмещающего породною массива можно пренебречь;

- при глубине более 400 м и шаге армировки 6,250 м напряжения в элементах армировки, рассчитанные с учетом нагрузок со стороны деформирующегося породного массива, составляют в зависимости от глубины и параметров подъема 102 - 487,5 % от базовых;

- при глубине более 400 м и шаге армировки 4,168 м - соответственно 102 - 312 % от базовых.

Определение влияния глубины ствола на величину повышения эквивалентных напряжений в исследуемом НДС по сравнению с базовым показывает, что при глубине ствола до 400 м и при скорости движения более 8 м/с, базовое и исследуемое НДС практически совпадает (±1,5 %). Для стволов, глубиной более 400 м, характерно увеличение различия между базовым и исследуемым НДС при различных ингенсивностях подъема.

Максимальные деформации армировки возникают в местах соединения проводников с расстрелами, так как в этих местах происходит воздействие на армировку динамических нагрузок от движущихся подъемных сосудов Особенно велики динамические усилия на ярусах, на которые приходятся стыки проводников, так как в результате погрешностей монтажа на стыках возникает дополнительный динамический удар от направляющих устройств подъемного сосу да.

Результаты моделирования позволяют утверждать, что расчет жесткой армировки глубоких вертикальных стволов, пересекаемых участки деформирующегося породного массива, должен производиться с учетом воздействия на нее нагрузок, предаваемых через крепь со стороны пород При этом в расчет напряжений в элементах жесткой армировки должен вводиться поправочный коэффициент, принимаемый в пределах от 0,85 до 1,15 в стволах глубиной до 400 м, и в пределах от 1 до 5,8 - при глубинах более 400 м в зависимости от глубины ствола и расчетной скорости подъемного сосуда.

Как показали дальнейшие исследования, при использовании для крепления расстрельных балок податливого ремонтопригодного узла крепления расстрела к крепи происходит относительное снижение максимальных эквивалентных растягивающих и сжимающих напряжений в среднем на 45 % от значений, полученных для жестких узлов армировки. Положительный эффект применения данного узла заключается также в перераспределении максимальных эквивалентных напряжений с наиболее слабого места в данных конструкциях - анкера и опорной плиты, на несущие элементы армировки - расстрелы (рис. 4) Такой результат достигается благодаря конструктивным особенностям данного узла Анализ НДС жестких и податливых конструкций с анкерным креплением производился для различных нагрузок на армировку со стороны движущихся подъемных сосудов, которые зависят

Рис. 4. Изменения НДС армировки в результате применяя податливого узла крепления расстрела 1 - опорная плита, 2 - расстрепьная балка: 3 - крепь ствола.

в свою очередь от массы т и скорости движения V подъемных сосудов В ре--¡\ чътате исследования установлено, что при увеличении интенсивности подъема тУ1 значительно возрастает разница между' НДС жестких и податливых конструкций (рис 5)

250

3" !

в «9

200

150

* I

Е 5

* I

§ I

100

50 I-

о 4—

♦ для жесткого узла * для податливого учла

2 3 4 5

Интенсивность подъема, МДж

♦ Аля жесткого утла » для податливого утла

2 3 4 5

Интенсивность движения, МДж

Рис. 5. Графики зависимости максимальных эквивалентных напряжений в элементах армировки от интенсивности подъема

а - при шсые армировки А = 6,250м, 6 ■ при шаге армировки И ~ 4, ¡68 м

На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по проектированию и расчету жестких армировок глу боких вертикальных стволов, а также стволов, находящихся в зоне влияния деформирующегося породного массива. %

Проектирование параметров жесткой армировки должно осуществляться с учетом ожидаемого воздействия со стороны породного массива. На основании различия между базовым и исследуемым НДС армировкя предлагается ввести в расчет эквивалентных напряжений а коэффициент Хшм.. учитывающий воздействие внешних нагрузок со стороны околоствольного массива и зависящий от глубины ствола, параметров подъема и схемы армировки. С его учетом формула для расчета допустимого напряжения расстрела примет вид

, -„л «

где; е - относительное удлинение расстрельной балки вдоль продольной своей оси; Р - сумма ст Р'™* и Рш, определяемых в соответствии с действующей «Методикой расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт»; в - расстояние от конца расстрельной балки до проводника, м,/- црогцб цро-водника, м, под воздействием силы Р, Jl - момент инерции проводника относительно центральной оси, нормальной к направлению лобовой нагрузки, м4; I - длина расстрельной балки (расстрела), м.

Коэффициент У^тш для условий Восточного Донбасса может определятся по номограммам (рис/б), построенным по результатам исследований, в зависимости от типа и сОДо&и подъемных сосудов н глубины ствола.

При использовании разработанного податливого узла крепления расстрела максимальные напряжения снижаются, что может быть учтено (н**> тогда формула (1) примет вид:

где (м* - коэффициент податливости, принимаемый равным 0,55+0,65 в зависимости от нагрузок со стороны породного массива

Все вышеперечисленные рекомендации по проектированию жесткой армировки вертикальных стволов направлены на повышение работоспособности и надежности армировки, а также на безремонтную эксплуатацию всего подъемного комплекса, что обеспечит бесперебойную работу всего горнодобывающего предприятия.

На основании применения податливой ремонтопригодной конструкции узла крепления расстрела была разработана новая технологическая схема армирования и переармирования вертикальных стволов.

шщщ

\ <7^

й®» \ \ 1 . д>

■ч \ \ / \\\\\

- ^ , V V \ ' ■'•• I

* ч ! * ^ ч ' • I \ _

].....>

Значения поправочного коэффициента для одноэтажных клетей при шаге аряшровки Н = 4,168

а)

—V

у п/сл

ВО,

гол

Т~......г

( 2 №255-6!

Я ?нвзбо-ю

2НВ260-П1 ,2!СВ ию-ы

2ШИ6ВП2

Xх

2ИВ520-С0

"Г---7-?-----?-2-г

Значения поправочного коэффициента для двухэтажных клетей у м'с при шаге аряшровки Н = 4,168

б)

Рис. 6. Номограммы для определения поправочного коэффициента Хаит

а) для одноэтажных клетей при шаге армировкн Н ~ 4.168 м,

б) для двухэтажных клетей при шаге армировки И - 4,168 м;

в) для одноэтажных клетей при шаге армировки Н - 6,250 м.

г) для двухэтажных клетей при шаге армировки Н - 6,250 м:

\ \\ х

\ ч. \ > \

4 Л \ >

- ч

1 НОВ 100-90

ЧЛЛ.-*-

. \

1НВ5Ю-И0

Значения поправочного коэффициента для одноэтажных клетей при шаге арлшровки Н - 6,250

в)

Сш

-V

V м/с

¿ал ба* щ т*

гнтж-7?

у /

гнвзьопь гнсеяо-т

Ч\ .....

——---г-—г--?-г-г-г-г

Значения поправочного коэффициента для двухэтажных клетей при шаге арлшровки Н - 6,250

г)

Рис. 6. Продолжение:

(„„ коэффициент влияния интенсивности подъема на увеличение напряжений в армировке под действием внешних нагрузок

—7

г м/с

Поспе того, как новая расстрельная балка доставлена к месту замены старой, то на первом этапе производят разводку проводников с помощью специально приспособчения Далее после разведения проводников производится раскрепление старой расстрельной балки в узле крепления в следующей последовательности' первоначально производят отпускание стяжной шпильки, которая удерживает в рабочем положении запирающие клинья, далее вытаскивают распорный элемент, который фиксирует расстрельную балк\ в рабочем положении

Когда раскрепление расстрельной балки в универсальных ремонтопригодных узлах крепления расстрелов к стенке ствола произведено полностью, то старую расстрельную балку прикрепляют к стропам вспомогательных лебедок и производят удаление расстрельной бачки из узлов крепления в свободное место ствола, чтобы она не мешала монтажу новой расстрельной батей, при этом старая расстрельная бачка находится в подвешенном состоянии ниже места производства работ

Монтаж новой расстрельной балки производится в обратном порядке Данная технологическая схема не требует применения специальных шаблонов и позволяет снизить продолжительность выполняемых операций по первоначальному армированию. При производстве работ, связанных с заменой как единичного расстрела, так и всей армировки в целом, происходит снижение времени и затрат на производство работ.

Дчя оценки экономической эффективности принятых решений произведен сравнительный технико-экономический анализ наиболее применяемых типовых схем армировки (базовый вариант) и схем с использованием предлагаемой ремонтопригодной податливой конструкции

В числе факторов, влияющих на эффективность работ по замене несущих элементов жесткой армировки вертикальных стволов, основными являются временные и стоимостные параметры применяемых технологий И те, и другие тесно увязаны со схемой армировки, а также применяемым оборудованием и способом крепления расстрельных балок к стенке вертикального ство-ча. в свою очередь влияющим на общую стоимость работ.

Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения новой конструкции узла крепления расстрела к стенке ствола, рассчитанный для условий главного ствола шахты им. М.П. Чиха составит соответственно 149484,72 руб (в базовых ценах 1991 г.).

Экономический эффект для условий конкретного горнодобывающего предприятия будет различен, так как зависит от большого количества факторов' назначения ствола, схемы армировки, типа подъемного сосуда, производительности подъемного комплекса и т.д.

Результаты исследований были использованы Шахтинским институтом ЮРГТУ(НПИ) и НТЦ «Hay ка и практика» при разработке рабочей документации жесткой армировки ствола «Северо-Восточный» рудника «Дарасунский» ООО «Забайкачзолото» в части определения основных параметров жесткой армировки ствола с креплением анкерами, при ведении работ связанных с переармированием главного ствола шахты им М П Чиха, ОАО «Ростовгаахто-строй» при проектировании, строительстве вертикальных ствочов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой на базе теоретических и экспериментальных исс чедований дано решение актуальной научно-технической задачи обоснование параметров податливой арми-ровки вер гика тьных стволов для \словий деформирующегося породного массива. что имеет существенное значение для проектирования, строительства и экспл\ атации вертикальных шахтных стволов.

Основные научные и практические результаты работы заключается в следующем'

- на конечно-элементных моделях исспедовано совместное влияние на армировку эксплуатационных (со стороны подъемные сосудов) и внешних (со стороны вмещающих пород) воздействий, возникающих на участках деформирующегося породного массива;

- установлены значения поправочных коэффициентов, позволяющих учитывать степень влияния внешних нагрузок на жесткую армировку в зависимости от глубины ствола, массы и скорости подъемного сосуда и шага армиров-ки.

- разработана новая конструкция податливого ремонтопригодного узла крепления расстрела к стенкам ствола (Патент 2247246 РФ)

- установлены значения коэффициентов, определяющих снижение напряжений в элементах армировки при использовании податливых конструкций узлов крепления расстрелов

- разработаны методические основы расчета податливой армировки вертикальных стволов, предназначенной для участков деформирующегося породного массива.

- разработана технология армирования и переармирования стволов с использованием податливых ремонтопригодных конструкций узла крепления расстрелов

Полученные в работе результаты и выводы рекомендуется учитывать в нормах проектирования параметров жесткой армировки глубоких стволов, а также стволов, эксплуатируемых в условиях деформирующегося породного массива.

Результаты работы используются Шахтинским институтом ЮР-ГТУ(НПИ) и НТЦ «Наука и практика» при разработке рабочей документации жесткой армировки ствола «Северо-Восточный» рудника «Дарасунский» ООО «За байка чзолото» в части определения основных параметров жесткой армировки ствола с креплением анкерами, при ведении работ связанных с переармированием главного ствола шахты им МП Чиха, ОАО «Ростовшахтосгрой» при проектировании, строительстве вертикальных стволов

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Прокопов А.Ю., Саакян P.O. Особенности ведения работ по ремонту и восстановлению крепи вертикальных стволов // Научно-технические и социально-экономические проблемы Российского Донбасса: Сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003,- С. 81-85.

2. Саакян P.O., Сильченко Ю.А. Повышение ремонтопригодности и технологичности конструкций армировки // Материалы международной научно-практической конференции «Уголь-Mining Technologies 2003», посвященной 60-летию ГОАО «Луганскгипрошахт»: Сб. науч. тр. / Алчевск: ДГМИ, 2003.-С. 155-161.

3. Саакян P.O. Коррозия бетонной и железобетонной крепи вертикальных стволов и способы борьбы с ней // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Приложение №4. - С. 137-141.

4. Прокопов А.Ю., Саакян P.O., Павлинов П.А. Универсальный податливый ремонтопригодный узел крепления несущих элементов армировки шахтного ствола // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Приложение №4. - С. 75-79.

5 Саакян P.O. Проблемы ремонта армировки вертикальных стволов и направления их решения // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Приложение №4. - С. 79-82.

6. Прокопов А.Ю., Саакян P.O. Анализ схем реконструкции армировки вертикальных стволов без остановки работы подъемного комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень - М.: МГГУ, 2004. - №12. - С. 213217.

7. Саакян P.O. Методы охраны вертикальных стволов шахт при отработке предохранительных целиков // Исследования в области инженерно-технических процессов: Сборник научных статей студентов, аспирантов и молодых ученых / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2004,- С. 208-216.

8. Саакян P.O. О проблемах технического обслуживания подъемного комплекса // Совершенствование технологии, механизации и организации строительства и эксплуатации горнодобывающих предприятий и пути повышения качества подготовки специалистов: Сб. науч. ст. / Шахтинский ин-т ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - С. 84-87.

9. Саакян P.O., Новиков А.Н. Исследование влияния нагрузок со стороны породного массива на жесткую армировку вертикальных стволов // Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений: Сб. научн. трудов. - Донецк: Норд - Пресс, 2005- С. 32-33.

10. Страданченко С.Г., Саакян P.O. Технико-экономическое обоснование внедрения ремонтопригодной конструкции узла крепления расстрела к

стенке ствола // Научно-технические проблемы разработки угольных месторождений, шахтного и подземного строительства: Сб. науч. тр. / Шахтинский инт ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2005. - С. 127 -132.

11. Прокопов А.Ю., Саакян P.O., Богомазов A.A. Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния жестких и податливых узлов крепления армировки вертикальных стволов // Материалы второй международной конференции по проблемам горной промышленности, строительству и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности строительства и энергетики» / ТулГУ, 2005. - С. 124 -128.

12. Патент 2247246 РФ, МПК7 Е21 D 5/12. Ремонтопригодный податливый узел крепления расстрела / А.Ю. Прокопов, P.O. Саакян, П.А. Павлинов - 2003133050/03; Заявлено 11.11.2003; Опубл. 27.02.2005. Бюл. №6. -7 с.

№22050

РНБ Русский фонд

2006-4 "

17086

л лиц ЛР Xi! 020300 01 12 02 97 По шис.ню н печап, Форма:! ôuiai и 60\84'/к Ьумлаофсснюя Уел печ л Уч-ин I

Тираж 400 >м Заказ^Э

1улын.ии 1Ч)С>лиреihcmiii.iîi \ inmepcii ici

300600. i Ьлл. пр Ленина 92 Ш

Ошкчлкшо и Излашльстис Тульско/о госулара ikiiihoio университет ^

300600.1 1ула. ул Болцша. 151

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Саакян, Рафаель Оксенович

Введение.

1. Анализ современного состояния армировки вертикальных стволов.

1.1. Общие положения.

1.2. Анализ условий работы крепи и армировки вертикальных стволов.

1.2.1. Факторы, влияющие на надежность и долговечность армировки

1.2.2. Классификация причин нарушения крепи и армировки вертикальных стволов.

1.2.3. Виды нарушений крепи и армировки вертикальных стволов.

1.3. Анализ способов замены и ремонта армировки.

1.3.1. Порядок проведения осмотра состояния армировки.

1.3.2. Выбор конструктивно-технологических решений по восстановлению армировки.

1.3.3. Анализ существующих способов ремонта проводников.

1.3.4. Анализ существующих способов ремонта расстрелов.

1.4. Натурные наблюдения за армировкой и изучение современного опыта армирования.

1.4.1. Армирование вентиляционных стволов № 1 и № 2 шахты им. М.П. Чиха с креплением расстрелов анкерами.

1.4.2. Реконструкция армировки скипового ствола шахты «Щегловка-Глубокая».

1.5. Анализ современных исследований в области разработки схем и конструкций армировки.

1.6. Цели и задачи исследования.

2. Разработка ремонтопригодных податливых конструкций армировки для условий деформирующегося породного массива

2.1. Общие положения.

2.2. Использование анкер-инъекторов для крепления несущих элементов армировки.

2.3. Разработка регулируемого ремонтопригодного узла крепления расстрелов.

2.4. Разработка универсального податливого узла крепления элементов армировки.

2.5. Выводы.

3. Исследование совместной работы крепи и армировки на конечно-элементных моделях.

3.1 Построение конечно-элементной модели армировки с креплением на анкерах.

3.2 Расчет параметров безрасстрельной армировки на конечно-элементной модели.

3.3. Исследование изменения напряженно-деформированного состояния армировки при использовании податливого узла крепления расстрела.

3.4. Выводы.

4. Методические основы расчета армировок вертикальных стволов.

4.1. Основные положения.

4.2. Определение жесткостных характеристик расстрельных балок.

4.2.1 Расчет коэффициента заделки Р.

4.2.2 Определение лобовой жесткости.

4.2.3 Определение боковой жесткости.

4.2.4 Определение обобщенных безразмерных параметров жесткости системы "сосуд-армировка".

4.3. Определение горизонтальных динамических нагрузок, действующих в системе "сосуд-армировка".

4.4 Расчет прогибов проводников на ярусе без учета внешних воздействий со стороны околоствольного массива пород.

4.5 Расчет напряжений в проводниках на ярусе без учета внешних воздействий со стороны околоствольного массива пород.

4.6 Расчет прогибов проводников на ярусе с учетом внешних ^ воздействий со стороны околоствольного массива пород и возможной податливости расстрела.

4.7 Выводы.

5. Разработка технологических схем монтажа и замены армировки вертикальных стволов с применением ремонтопригодной податливой конструкции узла крепления расстрела.

5.1 Анализ технологических особенностей армирования стволов.

5.2 Конструкция и технология применения монтажных шаблонов.

5.3 Технология и организация работ при армировании ствола.

5.3.1 Установка контрольного яруса.

5.3.2 Установка расстрелов.

Щ 5.3.3 Навеска проводников.

5.4 Технология и организация работ при переармировании ствола.

5.4.1 Подготовительный период.

5.4.2 Технологическая схема подачи новых расстрельных балок к месту установки.

5.4.3 Демонтаж старой расстрельной балки.

5.4.4 Монтаж новой расстрельной балки.

5.4.5 Замена армировки по всей протяженности ствола 125 5.5 Выводы.

6. Оценка экономической эффективности принятых решений.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров податливой армировки вертикальных стволов для условий деформирующегося породного массива"

В результате проведенной в России в 90-е гг. XX в реструктуризации угольной отрасли промышленности добыча угля в стране сократилась почти в 2 раза. Ускоренными темпами росла доля природного газа в топливно-энергетическом балансе страны. Учитывая постоянно растущий дефицит газа на внутреннем рынке, уже в ближайшие годы ожидается окончание «газовой паузы» и заметное возрастание роли угля. Поэтому XXI век прогнозируется как век угля.

В связи с этим «Энергетической стратегией Российской Федерации до 2020 г.» предусмотрен рост добычи угля до 430 млн. т в год. Это невозможно без строительства новых и реконструкции действующих угольных шахт. Введение в эксплуатацию новых производственных мощностей связано с увеличением глубины разработки и ухудшением горно-геологических условий, что в свою очередь сказывается на технологии сооружения и способах поддержания вертикальных стволов.

В современных экономических условиях особое значение приобретает задача снижения затрат на строительство и поддержание горных выработок. Поэтому разработка ресурсосберегающих технологий крепления и армирования, а также восстановления рабочих параметров крепи и армировки вертикальных стволов в процессе эксплуатации является актуальной научно-технической и практической задачей.

Армировка оказывает существенное влияние на определение диаметра ствола, его стоимости (до 15%), сроков строительства, а также на производительность, надежность и экономичность работы подъемных установок. Еще большую актуальность приобретает задача выбора рациональных схем и конструкций армировки стволов, пройденных в сложных горногеологических условиях и до больших глубин. В этом случае крепь и армировка могут воспринимать значительные и изменяющиеся во времени нагрузки со стороны породного массива, что должно учитываться при проектировании как строительства, так и эксплуатации ствола. Как показывает практика, при эксплуатации стволов в сложных условиях и на больших глубинах затраты на переармирование стволов составляют 30-40% от стоимости сооружения ствола (без учета потерь от снижения производственной мощно-Л сти шахты в этот период). Поэтому одним из направлений снижения затрат на строительство и эксплуатацию шахтных стволов может быть учет на стадии проектирования армировки ожидаемых воздействий на нее со стороны породного массива и включение в конструкцию расстрелов податливых узлов крепления, позволяющих, как снизить напряжения и деформации в элементах армировки, так и обеспечить ее технологичность и ремонтопригодность.

В настоящее время наибольшее распространение получила жесткая армировка, которая в обозримом будущем сохранит свои позиции благодаря ряду технических преимуществ, а именно: высоким жесткостным и прочностным характеристикам элементов, возможности движения подъемных сосудов с небольшими искривлениями ствола даже при высокой интенсивности подъема и др.

Однако, как показывает проведенный анализ состояния вертикальных стволов шахт Российского и Украинского Донбасса, более половины стволов глубиной свыше 700 м имеют существенные нарушения армировки. Это связано с тем, что на больших глубинах и при наличии неблагоприятных горногеологических условий армировка, кроме эксплуатационных нагрузок со стороны подъемного сосуда, испытывает передаваемое через крепь воздей-Ф ствие со стороны породного массива. По этой причине в элементах армировки могут возникать недопустимые напряжения и деформации, вызывающие аварийное состояние ствола и подъемного комплекса. В действующих нормативных документах по проектированию армировки внешние воздействия на армировку учитываются коэффициентом запаса, который не зависит от глубины, свойств вмещающих пород, наличия геологических нарушений и др. Для более полного учета внешних факторов, влияющих на армировку стволов, проходимых в сложных горно-геологических условиях, и разработки конструктивных решений армировки для таких условий, необходимо изучить совместную работу крепи и армировки под действием нагрузок со стороны породного массива. Для этого необходимо исследовать напряженно-деформированное состояние крепи и армировки, возникающее от совместного действия эксплуатационных и геомеханических воздействий.

Учет таких факторов, как глубина участка ствола, характеристики вмещающих пород (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, удельный вес и др.), наличие геологических нарушений, при проектировании схем и конструкций армировки, позволит выбрать наиболее рациональные параметры проводников и расстрелов, а также предусмотреть конструкции узлов крепления расстрелов, обеспечивающих необходимую податливость или регулируемость положения расстрела.

Комплекс выполненных автором исследований посвящен разработке конструктивных решений армировки для условий деформирующегося породного массива, позволяющих компенсировать смещения пород и стенок крепи, созданию методических основ расчета таких армировок с учетом воздействий со стороны пород и разработке технологических схем армирования и замены армировки с применением разработанных податливых ремонтопригодных конструкций.

Цель работы - разработка научно обоснованных конструктивных решений податливых узлов крепления элементов армировки к стенкам ствола и методики их расчета для условий деформирующегося породного массива, с целью улучшения эксплуатационных качеств и повышения технико-экономических показателей армировки.

Идея работы - заключается в применении ремонтопригодных податливых конструкций узлов крепления расстрела, проектируемых с учетом внешних воздействий со стороны деформирующегося породного массива, что позволяет повысить технико-экономические показатели жесткой арми-ровки.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий системный анализ и обобщение современного состояния армирования и переармирования глубоких вертикальных стволов, а также стволов, пройденных в сложных горно-геологических условиях; наблюдения за состоянием крепи и армировки вертикальных стволов в Восточном Донбассе, методы статистического анализа; теоретические исследования напряженно-деформированного состояния крепи и армировки на математических моделях; технико-экономический анализ.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- на основании исследований методом конечных элементов совместного влияния на армировку эксплуатационных (со стороны подъемных сосудов) и внешних (со стороны вмещающих пород) воздействий, установлено, что расчет жесткой армировки вертикальных стволов, проходимых в условиях деформирующегося породного массива, должен производиться с учетом внешних воздействий, зависящих от глубины участка и диаметра ствола;

- установлено, что напряженно-деформированное состояние армировки определяется суммарным воздействием эксплуатационных и внешних нагрузок. Увеличение соответствующих напряжений в элементах армировки за счет воздействия внешних сил может быть учтено поправочным коэффициентом %виеш, зависящим от глубины участка, массы и скорости подъемного сосуда и шага армировки. Величина коэффициента Хвнеш, для условий Восточного Донбасса колеблется в зависимости от сочетания указанных факторов от 1 до 5,8;

- доказано, что снижение напряжений в элементах армировки может быть достигнуто применением разработанных податливых узлов крепления расстрелов с использованием распорного элемента и запирающих клиньев, при этом величина снижения в зависимости от интенсивности подъема, шага армировки и нагрузок со стороны породного массива составляет 45 - 65% относительно напряжений, возникающих при жестком креплении расстрелов;

Обоснованность и достоверность подтверждается статистическим анализом данных с использованием апробированных программных средств, использованием уравнений строительной механики, конечно-элементным анализом с использованием апробированного программно-вычислительного комплекса «Лира-Windows» 9.0, инженерно-техническими проработками и проектными решениями.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей эквивалентных растягивающих и сжимающих напряжений в элементах армировки от эксплуатационных и внешних нагрузок, определяемых с учетом глубины ствола, параметров подъема и армировки, а также обосновании возможности снижения напряжений в армировке при использовании податливых конструкций узлов крепления расстрелов.

Практическое значение работы заключается в:

- разработке новой конструкции податливого ремонтопригодного узла крепления расстрела к стенкам ствола (Патент 2247246 РФ)

- разработке методических основ проектирования податливых конструкций узлов крепления армировки для участков деформирующегося породного массива;

- разработке технологии армирования и переармирования стволов с использованием податливых ремонтопригодных конструкций узла крепления расстрелов;

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований были использованы НТЦ «Наука и практика» при разработке рабочей документации жесткой армировки ствола «Северо-Восточный» рудника «Дарасунский» ООО «Забайкалзолото» в части определения основных параметров жесткой армировки ствола с креплением анкерами.

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на Международных научных симпозиумах «Неделя горняка-2004» (г. Москва, МГГУ, 2004 г.), «Неделя горняка-2005» (г. Москва, МГГУ, 2005 г.), Международной научно-практической конференции «Уголь-Mining Technologies 2003», посвященной 60-летию ГОАО «Луганск-гипрошахт» (ДГМИ, г. Алчевск, Украина, 2003), Международной научно-практической конференции кафедры «Строительство шахт и подземных сооружений» ДонНТУ (г. Донецк, Украина, 2005) и LII, LIII и LIV научных конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (г. Шахты, 2003-2005 гг.), научных семинарах кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ ЮРГТУ(НПИ) и на секции ГСФ НТС ТулГУ 6 октября 2005 г. Разработка «Ремонтопригодный узел крепления армировки шахтного ствола» удостоена Грамоты Всероссийской выставки-ярмарки научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Российской Федерации «ИННОВ-2003» (г. Новочеркасск, 4-7 мая, 2003). Разработка «Ресурсосберегающая технология армирования глубоких вертикальных стволов» удостоена Диплома Всероссийского инновационного форума «ИННОВ-2005» (г. Новочеркасск, 19-21 мая 2005 г.).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 11 научных работ и получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 151 странице машинопис

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Саакян, Рафаель Оксенович

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

5. Саакян P.O. Проблемы ремонта армировки вертикальных стволов и направления их решения // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - Приложение №4. - С. 79-82.

7. Саакян P.O. Методы охраны вертикальных стволов шахт при отработке предохранительных целиков // Исследования в области инженерно-технических процессов: Сборник научных статей студентов, аспирантов и N молодых ученых / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2004.-С. 208-216.

10. Страданченко С.Г., Саакян P.O. Технико-экономическое обоснование внедрения ремонтопригодной конструкции узла крепления расстрела к стенке ствола// Научно-технические проблемы разработки угольных месторождений, шахтного и подземного строительства: Сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2005. -С. 127-132.

11. Прокопов А.Ю., Саакян P.O., Богомазов А.А. Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния жестких и податливых узлов крепления армировки вертикальных стволов // Материалы второй международной конференции по проблемам горной промышленности, строительству и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности строительства и энергетики» / ТулГУ, 2005. - С. 124—128.

12. Патент 2247246 РФ, МПК7 Е21 D 5/12. Ремонтопригодный податливый узел крепления расстрела / А.Ю. Прокопов, P.O. Саакян, П.А. Павлинов-2003133050/03; Заявлено 11.11.2003; Опубл. 27.02.2005. Бюл. №6.-7 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой дано решение актуальной научно-технической задачи повышения технико-экономической эффективности армировки вертикальных стволов в условиях деформирующегося породного массива. Решение указанной задачи имеет существенное значение для экономики шахтного строительства.

Основные научные и практические результаты работы заключается в следующем:

- впервые на конечно-элементных моделях исследовано совместное влияние на армировку эксплуатационных (со стороны подъемных сосудов) и внешних (со стороны вмещающих пород) воздействий, возникающих на участках деформирующегося породного массива;

- разработана новая конструкция податливого ремонтопригодного узла крепления расстрела к стенкам ствола (Патент 2247246 РФ);

- установлены значения коэффициентов, определяющих снижение напряжений в элементах армировки при использовании податливых конструкций узлов крепления расстрелов;

- разработаны методические основы расчета податливой армировки вертикальных стволов, предназначенной для участков деформирующегося породного массива;

- разработана технология армирования и переармирования стволов с использованием податливых ремонтопригодных конструкций узла крепления расстрелов;

- произведена технико-экономическая оценка применения предлагаемых конструкций.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Саакян, Рафаель Оксенович, Шахты

1. Акимов А.Г., Хакимов Х.Х. Обеспечение безопасной эксплуатации шахтных стволов. М.: Недра, 1988. - 216 с.

2. Амурский Б.С. Совершенствование хозяйственного механизма и научно технический прогресс в шахтном строительстве М., Недра, 1989

3. Баклашов И.В. Расчет, конструирование и монтаж армировки стволов, шахт. М., Недра, 1973.

4. Баклашов И.В., Пильч Ю.Б., Ягодкин Ф.И. Современное состояние и основные тенденции развития конструктивных решений жесткой армировки // Строительство предприятий угольной промышленности: Обзорная информация М.: ЦНИЭИуголь, 1986. - 29с.

5. Современное состояние и основные тенденции развития конструктивных решений армировки вертикальных стволов шахт / И. В. Баклашов, В. М. Еремеев, Ю. Б. Пильч и др. -М., ЦНИЭИуголь, 1986.

6. Баронский И.В., Смольников Ю.Б., Богомолов В.Д. О долговечности армировки вертикальных стволов с консольными расстрелами// Шахтное строительство. 1982. - №4. - С. 20-21.

7. Беляев Н.М. Сопротивление материалов: изд. 15-е, прераб. М.: Недра, 1976.-608 с.

8. Борисов С.С. Горное дело М, Недра, 1988

9. Булычев Н.С., Абрамсон Х.И. Крепь вертикальных стволов шахт М.: Недра, 1978.-301 с.

10. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М., Недра, 1982.

11. Вербецкий Г.П. Фильтрационные свойства трещин в бетоне. — Труды координационных совещаний по гидротехнике. Вып.48, Л., Энергия, 1970, с. 73.

12. Вербецкий Г.П. Прочность и долговечность бетона в водной среде. М., Стройиздат, 1976.

13. Веселов Ю.А., Мамонтов Н.В., Коган В.Г. Реконструкция горных предприятий Киев, Техника, 1989

14. Веселов Ю.А., Мамонтов Н.В., Третьяченко А.Н. Углубка и ремонт шахтных стволов -М.: Недра, 1992.-270 с.

15. Воронцов Г.В., Резниченко А.И., Нечаев Л.Б. Расчет напряженно-деформированного состояния конструкций по методу конечных элементов. Новочеркасск: НГТУ, 1994. - 119 с.

16. Временные отраслевые указания по обследованию состояния крепи и армировки вертикальных шахтных стволов шахт. / РТМ 12.58.022-84. Харьков, изд. ВНИИОМШС, 1984

17. Гавруцкий А.Е., Назарчук М.Н., Мусиенко В.Д. и др. Состояние армировки шахтных стволов Запорожского железорудного комбината// Шахтное строительство. 1978. -№3 -С. 21.

18. Гаркуша Н.Г., Дворников В.И., Куриленко В.К. Определение горизонтальных нагрузок на жесткую армировку вертикальных шахтных стволов. Шахтное строительство, 1969, № 7, с. 16-18.

19. Гаркуша Н.Г., Дворников В.И. Стыки в проводниках жесткой армировки ствола. Шахтное строительство, 1970, № 3, с. 6-9.

20. Гаркуша Н.Г., Храмов А.А. Кинетика и нормы коррозийного поражения расстрелов в шахтных стволах. В кн.: Шахтные установки. М., Недра, 1972, с. 164-171.

21. Гаркуша Н.Г., Храмов А.А.,Ю Кладов В.М. О горизонтальных нагрузках на проводники жестких армировок в искривленных стволах// Исследование, разработка и эксплуатация шахтных стационарных установок.- Донецк: ВНИИГМ им. М.М. Федорова, 1981. С. 3-8.

22. Гаркуша Н.Г., Храмов А.А. Обзор мирового опыта проектирования жестких армировок вертикальных стволов шахт: Обзорная информация/ ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома СССР. М., 1982. 52с.

23. Гелескул М.Н., Усан-Подгорнов Б.М. Поддержание горных выработок М, Недра, 1982

24. Гецман В. Электрические устройства для исследования напряжений в армировке шахтных стволов. Глюкауф, 1967, № 10, с. 22-31.

25. Горлов П.И., Леонов Э.В., Мустафин З.Н. Реконструкция армировки скипового ствола шахты «Щегловка Глубокая» — Шахтное строительство, 1968, № 11, с. 19-20.

26. Данные из официального сайта компании "ISCHEBECK" http//www.ischebeck.de

27. Данные из официального сайта компании «Металлосервисный центр ЧП СавВАТС»

28. Доржинкевич И.Б. Основные технические направления в проектировании оборудования стволов шахт по генеральной реконструкции Крив-басса// Уголь Украины. 1961.- № 2. - С. 4 - 12.

29. Доржинкевич И.Б. Совершенствование армировки глубоких стволов шахт. М.: Недра, 1970. - 211 с.

30. Доржинкевич И.Б. Новые конструкции армировки стволов шахт и методика их расчета// Шахтное строительство. 1980.-№ 11. - С. 26-29.

31. Доржинкевич И.Б. Определение деформационных параметров опорных кронштейнов армировки вертикальных стволов шахт. Криворожский горнорудный институт. Кривой Рог 1989 - 13с. Деп. в УкрНИИНТИ 13.10.88 -№2208-Ус 89.

32. Единые унифицированные технологические схемы и конструктивные решения центральных и фланговых стволов с жесткой армировкой. -Харьков, Южгипрошахт, 1985.

33. Инструкция по противокоррозионной защите армировки стволов металлоконструкций шахтной поверхности и другого горнотехнического оборудования. Харьков, ВНИИОМШС, 1973.

34. Инструкция по проектированию и монтажу армировки вертикальных стволов шахт с креплением армировки на анкерах РД. 12. 18 089- 90 — Харьков: ВНИИОМШС, 1990.-83 с

35. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок: Справочник. М.: Недра,' 1989.-571 с.

36. Карпенко В.П., Руденко В.М., Мучник П.И. Противокоррозионная защита элементов армировки стволов и металлоконструкций шахтной поверхности. Уголь Украины, 1975, № 2, с. 31-33.

37. Козел A.M., Борисовец В.А., Репко А.А. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов. М., Недра, 1976.

38. Козел; A.M., Борисовец В.А., Репко А.А. Первоочередные задачи охраны и поддержания шахтных стволов на основе проявлений горного давления. -В кн.: Труды ВНИМИ, сб. 109. Л., изд. ВНИМИ, 1978, с. 45-49.

39. Козел A.M. Геомеханические вопросы проектирования и поддержания шахтных стволов. Кн. 1. Условия поддержания, состояния, виды и причины деформаций вертикальных стволов. СПб: Недра, 2001. - 216 с.

40. Компенсатор осевого смещения коробчатых проводников жесткой армировки стволов шахт/ Гавруцкий А.Е., Мусиенко В.Д., Гирик А.Г., От-ришко Н.И.; Н.-и. горноруд. ин т. А.с. 1330319, СССР. - Бюл. 30, 1987.

41. Кошелев К.В., Томасов А.Г. Ремонт и восстановление горных выработок Киев, Техника, 1983

42. Кошелев К.В., Томасов А.Г., Бурма B.JI. Крепление и охрана выработок в сложных гидрогеологических условиях. Киев: Техника, 1986

43. Крулькевич М.И., Сапицкая И.К., Охременко А.Ф. Содержание и ремонт горных выработок угольных шахт Киев, Техника, 1988

44. Кузин Б.Н., Ягодкин Ф.И., Мышев М.П. Опыт восстановления нарушенных крепей в вертикальных стволах шахт восточного Донбасса. -М.: ЦНИЭИуголь, 1977.

45. Кулешов В.М., Южанин И.А., Кулибаба С.Б., Дрибан В.А. Охрана и поддержание глубоких вертикальных стволов в Донбассе: Обзор, инф. / ЦНИЭИуголь М., 1987.- Вып. 14. - 31 с

46. Курц Э., Отто К., Штефан П. Закрепление анкерами новых элементов армировки ствола с одновременным ремонтом каменной кладки // Глю-кауф. -1987. -№8. С. 20-24.

47. Левит В.В., Ягодкин Ф.И., Будник А.В. Безрасстрельные конструкции армировки с жесткими проводниками Обзорная информация ЦНИИЭИуголь - М., 1993. - 20 с.

48. Манец И.Г., Снегирев Ю.Д. Паршинцев В.П. Техническое обслуживание и ремонт шахтных стволов. М., Недра, 1987.

49. Методика расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт —

50. ВНИИГМ им. М.М. Федорова-Донецк, 1985 160 с.

51. Миндели Э.О., Тюркян Р.А. Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт М.: Недра, 1982

52. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. М.: "Стройиздат", 1980, 567с.

53. Насонов И.Д, Федюкин В.А., Щуплик М Н Технология строительства подземных сооружений Ч 1 Строительство вертикальных выработок М, Недра, 1983

54. Отришко Н.Е., Мусиенко В.Д., Чаер Г.Х., Кучерявый Б.Г. Ремонт армировки стволов, расположенных в зоне сдвижения породного массива // Шахтное строительство. 1988. - № 5. - С. 25-26.

55. Пособие по восстановлению крепи и армировки вертикальных стволов РД 12.18.073-88 Харьков: ВНИИОМШС, 1989.

56. Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников. СНиП II-94-80. М.: Недра, 1989. - 160 с.

57. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М., Недра, 1995.

58. Программный комплекс «ЛИРA-Windows». Руководство пользователя. В 8 т. Киев: НИИАСС, 1997.

59. Прокопов А.Ю. Технология армирования вертикальных стволов шахт безрасстрельными конструкциями армировки: Дисс. . канд. техн. наук. -Новочеркасск: НГТУ, 1998. 138 с.

60. Прокопов А.Ю. Дифференцированный подход к проектированию армировки шахтного ствола // Научно-технические проблемы шахтного строительства: Сб. науч. тр. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2000.-С. 98-103.

61. Прокопов А.Ю. Оценка экономической эффективности, сложности и технологичности безрасстрельных армировок// Научно-технические проблемы шахтного строительства: Сб. науч. тр. Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. - С. 104-111.

62. Прокопов А.Ю., Саакян P.O., Павлинов П.А. Универсальный податливый ремонтопригодный узел крепления несущих элементов армировки шахтного ствола // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. -Приложение №4. - С. 75-79.

63. Прокопов А.Ю., Саакян P.O. Анализ схем реконструкции армировки вертикальных стволов без остановки работы подъемного комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень М.: МГГУ, 2004. -№12.-С. 213-217.

64. Прокопов А.Ю., Прокопова М.В. Ресурсосберегающие технологии армирования вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях// Горный информационно-аналитический бюллетень М.: МГГУ, 2004, №1, С. 220-225.

65. Прокопов А.Ю., Страданченко С.Г., Плешко М.С. Новые решения в проектировании жесткой армировки вертикальных стволов / Под общ. ред. А.Ю. Прокопова. Ростов н/Д: Изд-во журн. «Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион», 2005. - 216 с.

66. Расстрел шахтного ствола / Ф.И. Ягодкин, В.В. Комаров, Г.О. Вестфаль, В.К. Стеблина А.с. 1710764 СССР, E21D7/00. 4816758/03; Заявлено 18.04.90; Опубл. 07.02.92 Бюл. №5. - 2 с.

67. Ремонтопригодный податливый узел крепления расстрела / А.Ю. Прокопов, P.O. Саакян, П.А. Павлинов 2247246 РФ, МПК7 Е21 D 5/12. -2003133050/03; Заявлено 11.11.2003; Опубл. 27.02.2005. Бюл. №6. 7 с.

68. Репко А.А. Особенности деформации бетонной крепи вертикальных стволов// Шахтное строительство. 1987. - №1. - С. 15 - 16.

69. Spickernagel M. Erfahrungen im Falle cines schachtnahen Abbaus. Marks-cheidewesen, 1983, p. 199-202.

70. Саакян P.O. Проблемы ремонта армировки вертикальных стволов и направления их решения // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. — 2003. Приложение №4. - С. 79-82.

71. Саакян P.O. Коррозия бетонной и железобетонной крепи вертикальных стволов и способы борьбы с ней // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. - Приложение №4. - С. 137-141.

72. Самородов А.И., Исеров Б.И. Изучение и анализ условий эксплуатации канатных проводников на шахтах Донбасса. В кн.: Безопасная эксплуатация электромеханического оборудования в шахтах. Вып.7. Мак-НИИ, 1975, с. 88-91.

73. Снегирев Ю.Д., Вяльцев М.М. Долговечность крепи вертикальных стволов шахт. М., Недра, 1973.

74. СНиП П-94-80. Подземные горные выработки. Нормы проектирования. М., Стройиздат, 1982.

75. Способ реконструкции жесткой армировки вертикального ствола/ Н.Г. Гаркуша, А.А. Храмов, В.М. Кладов, М.Б. Жебеленко. А.с. 827797 СССР, М. Кл.3 E21D5/00- 2779287/ 22-03; Заявлено 18.06.79; Опубл. 07.05.81. Бюл. №17.-3 с.

76. Способ реконструкции жесткой армировки вертикального ствола/ В.А. Пристором, И.Г. Манец, В.И. Дворников, А.И. Самородов, В.В. Махиня, А.И. Коваль А.с. 1301974 СССР, М. Кл.3 E21D 7/00. 3895428/ 22-03; Заявлено 07.05.85; Опубл. 07.04.87. Бюл. №13. - 2 с.

77. Способ реконструкции жесткой армировки вертикального ствола / И.Г. Манец, В.А. Пристором, В.И. З.В. Дацун, В.Н. Ноздрин, А.И. Анищенко А.с. 1332023 СССР, М. Кл.3 Е 21 D 7/00. 3974150/ 22-03; Заявлено 10.11.85; Опубл. 23.08.87. Бюл. №31. -2 с.

78. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений, нормы проектирования СНиП 1114-69. М., Стройиздат, 1970.

79. Строительные нормы и правила. Защита строительных конструкций от коррозии СНиПП-28-73. М., Стройиздат, 1984.

80. Страданченко С.Г. Технология армирования вертикальных стволов научастках деформирующегося породного массива. Дисс. . канд. техн. наук. Новочеркасск: НГТУ, 1998. - 101 с.

81. Страданченко С.Г., Савин И.И. Анализ причин нарушения крепи и армировки вертикальных шахтных стволов// Изв. ТулГУ. Серия «Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов» 4.2. -Тула: ТулГУ, 2002. - С. 182-186.

82. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А. Технология армирования вертикальных стволов. М.: Недра, 1996. - 202 е.: ил.

83. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А., Нечаенко В.И. Технология строительства вертикальных стволов. — М.: Недра, 1997. — 456 с.

84. Технологические схемы армирования вертикальных стволов. Харьков, ВНИИОМШС, 1981.-187 с.

85. Типовые материалы для проектирования 401-011-87-89. Сечения и ар-мировка вертикальных стволов с жесткими проводниками. Харьков: Южгипрошахт, 1989.

86. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. JL, Недра, 1977.

87. Узел крепления шахтного расстрела / И.С. Стоев, В.Ф. Филатов А.с. 1186804 СССР, М. Кл.3 Е 21 D 5/12. 3750394/22-03; Заявлено0706.84; Опубл. 23.10.85. Бюл. №39. 4 с.

88. Устинов М.И., Ершов Н.Н., Гольберт В.Н. Строительство крупной шахты в Великобритании. Шахтное строительство, 1985, № 1, с. 24.

89. Федюкин В.А., Федунед Б.И. Реконструкция горных предприятий. -М.: Недра, 1988.

90. Филатов Н.А., Барковский В. М., Батаев А. В. Горномеханические аспекты повышения устойчивости сопряжении вертикальных стволов с околоствольными выработками. Шахтное строительство, 1987, № 8, с. 9-11.

91. Ю2.Чупика А.Н., Прагер В.А., Зинченко В .Я., Южанин И.А. Ремонт крепи вертикальных стволов на шахтах объединения Донецкуголь// Уголь Украины. 1989.-№ 11.-С. 27- 29.

92. ЮЗ.Шафранов Н.К. Технология армирования вертикальных стволов шахт. М., Недра, 1984.

93. Ю4.Ягодкин Ф.И., Вестфаль Г.О. Эффективная технология армирования вертикальных стволов // Сб.: Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности. М.: ЦНИЭИуголь, 1980-Вып. 8.-С. 18-30

94. Ю5.Ягодкин Ф.И., Вестфаль Г.О., Маргулис Е.М., Пильч Ю.Б. Новый способ крепления расстрелов армировки ствола анкерами// Шахтное строительство 1987. - №12 - с.16-18.

95. Ю7.Ягодкин Ф.И, Мартыненко И.А., Сыркин П.С., Нечаенко В.И. Технология армирования вертикальных стволов шахт. Жесткая армировка: Учебное пособие, Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1994. -75с.

Информация о работе

Саакян, Рафаель Оксенович
кандидата технических наук
Шахты, 2005
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование параметров податливой армировки вертикальных стволов для условий деформирующегося породного массива - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы