Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологических схем проведения широких подземных выработок мелкого заложения на основе применения очистных механизированных комплексов

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Райков, Дмитрий Анатольевич

Введение стр.

1 Анализ технологических схем проведения подземных выработок мелкого заложения.

1.1 Классификация технологических схем проведения подземных выработок. стр.

12 Требования, предъявляемые к подземным выработкам мелкого заложения. стр.

13 Требования, предъявляемые к технологии сооружения подземных выработок мелкого заложения. стр.39 Выводы по главе 1 стр.43 2. Технологическая схема сооружения широких выработок мелкого заложения на основе применения очистных механизированных комплексов.

2.1 Суш,ность способа проведения Щ155Адркродашяьг?с горных выработок мелкого заложения на основе применения очистных механизированных комплексов. стр.

2.2 Технология отбойки и транспортировки породы в забое. стр.

2.3 Технология возведения временного крепления. стр.

2.4 Технология возведения постоянной крепи. стр.83 Выводы по главе 2 стр. 105 3 Математическое моделирование технологии проведения широких подземных выработок мелкого заложения

3.1 Описание методов решения поставленной задачи, стр.

3.2 Описательная постановка задачи моделирования. стр.

3.3 Математическая формулировка задачи моделирования. стр. 120 3 А Реализация алгоритма решения поставленной задачи. стр. 143 Выводы по главе 3 стр.

4 Исполнение математической модели реализации задачи и оценка технико-экономической эффективности предлагаемой технологии. 4.1 Исследование влияния горно-геологических факторов на параметры технологии. стр. 158 4.2 Исследование влияния горнотехнических и социальноэкономических факторов на параметры технологии. стр.

Выводы по главе 4 стр.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологических схем проведения широких подземных выработок мелкого заложения на основе применения очистных механизированных комплексов"

Дальнейшее развитие народного хозяйства страны обуславливает необходимость значительного увеличения объема строительства городских инженерных коммуникаций и подземных сооружений специального назначения в пределах развития инфраструктуры городского хозяйства.

В первую очередь, это вызвано ограниченностью площадей земной поверхности, расположенной в городской черте. Поэтому интенсивный рост городов, в частности, жилых массивов и городской инфраструктуры приводит к возникновению дефицита наземных площадей, что в условиях рыночной экономики сопровождается удорожанием земли. В результате, городские исполнительнью органы вынуждены изыскивать огромные денежные средства (или привлекать инвесторов) для выполнения программ рационального и эффективного использования земной поверхности в городской черте. В частности, основными направлениями этой программы в г. Москве является снос устаревших малоэтажных домов и возведение на их месте многоэтажных строительных конструкций, а также высвобождение части наземных площадей путем вывода некоторых предприятий за пределы городской черты и т.д.

В связи с этим особенно актуальным гфедставляется создание широких подземных выработок межого заложения, проводимых без нарушения поверхности на больших площадях в условиях застроенной городской черты, например, во дворах жилых массивов, под зелеными насаждениями, улицами, коммуникационными сетями и др. для последующего размещения в них сооружений специального назначения, таких как подземные гаражи, рынки и т.д.

Особую проблему при интенсивном росте городов составляет ухудшение экологической ситуации в городской черте, вызванное, в частности, уничтожением природного ландшафта и увеличением транспортных потоков, которые загрязняют атмосферу городов выхлопными газами, шумом, создают аварийность в системах жизнеобеспечения.

Кардинальным решением проблемы могло бы стать подземное размещение основных автотранспортных магистралей в выработках, проведенных без нарушения земной поверхности на больпшх площадях.

Проведение транспортных магистралей под землей во многом решает проблему снижения шума, пылевыделения, количества выхлопных газов, чрезмерного расхода топлива в связи с неэкономичным режимом движения, обеспечивает минимальные искажения природных ландшафтов. Отвод загрязненной атмосферы из подземных выработок через систему вентиляции позволяет проще организовать очистку воздуха благодаря концентрации потоков. В силу изложенного, разработка технологии сооружения широких подземных выработок мелкого заложения является актуальной научно-технической задачей.

I Анализ технологических схем проведения подземных выработок мелкого заложения.

II Классификация технологических схем проведения подземных выработок.

В научно-технической литературе имеется описание довольно большого количества способов и средств сооружения подземньхх сооружений. Для более полного анализа необходимо их систематизировать, для чего обьгшо используют их классификации (рис.1.1).

В зависимости от глубины заложения подземных сооружений, их градостроительных и конструктивных особенностей, а также инженерно-геологических условий строительство сооружений осуществляют различными способами: открытым, опускным, закрытым или специальным [1, 2, 3, 4].

Опускной способ находит применение при строительстве как подземных, так и подводных сооружений. Для возведения некоторых подземных сооружений используют способы опускных колодцев и кессонов, когда подземная конструкция шготавливается на поверхности земли и по мере разработки грунта погружается на проектную отметку. При строительстве подводных тоннелей применяют способ опускных секций, когда заранее изготовленные крупногабаритные тоннельные секции опускают с поверхности воды на дно подводной траншеи и после их стыкования конструкцию засыпают грунтом.

Иногда при строительстве подземных сооружений открытым способом, опускным или закрытым способами в слабых водонасыщенных грунтах выполняют специальные виды работ по осушению или закреплению грунтового массива: искусственное замораживание, водопонижение, химическое закрепление и др. [5, 6, 7].

Классификационный признак

Способ сооружения

Перекрытие движения по поверхности

Способ отбойки породы

Очередность раскрытия профиля

Соотношение размеров поперечного сечения

Глубина заложения выработки

Способ предотвращения обрушения пород в при-забойном пространстве

Наличие временной крепи

Тип постоянной крепи

Технологические схемы проведения подземных выработок

Открытый с полным зак- Л частичным рмтаем закрытием J

Подземный t

Без закрытия

Буровзрьшной Механизированный

Полным сечением Раскрытие по частям

Высота и ширина одного порядка

Широкие

Мелкого

Глубокого

Щитовой Бурение обсадной Продавливание скважины с расши опережающей рением крепи

Сборная железо Монолитная железо- КомВини-бетонная бетонная рованная

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Райков, Дмитрий Анатольевич

Основные выводы, научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Анализ способов возведения подземных сооружений в городских условиях показал преимущество технологии с применением механизированных комплексов, обычно используемых при отработке пологих угольных пластов средней мощности, для сооружения пшроких подземных выработок межого заложения.

2. Требованиям, определяемым условиями сооружения таких выработок, в больщей степени удовлетворяет модифицированный отечественный очистной механизированный комплекс для работы в коротких лавах 1КМКЛ и система проходки УМ-Е производства ФРГ, в состав которых входят: механизированная крепь поддерживающего типа с выдвижными верхняками, очистной комбайн одношнековый с бесцепной подачей, скребковый угловой конвейер.

3. Для исключения просыпания пород кровли в призабойное пространство перед выемочными работами осуществжется опережающее укрепление массива пород. В частности, возможна закачка в массив различных химических составов.

4. Для крепления почвы комбайн осуществляет выемку массива на 20-30 см ниже почвы, и в нее размещают железобетонные плиты пшриной, равной пшрине захвата, и длиной кратной шагу установки секций механизированной крепи.

5. Временное крепление осуществляется за механизированным комплексом индивидуальными гидравлическими стойками с внутренним питанием, расшфаемыми мезвду верхним элементом гидравлической стойки и железобетонными плитами в почве.

6. Постоянная крепь может, в принципе, быть любой. Однако, предпочтение отдается технологии при которой обделка состож из колонн ригелей из сборного железобетона, а также сплопшого монолитного железобетонного перекрытия.

7. Для исследования взаимосвязи параметров предлагаемой технологии с различными влияюпщми факторами и выбора наиболее рациональных решений разработана имитационная модель.

8. Получены зависимости продолжительности разработки породы в забое, возведения временной и постоянной крепи и, наконец, продолжительности проведения выработки от влияния следуюпщх факторов: сопротивляемости пород резанию, удельного веса пород, глубины заложения выработки, мощности вынимаемой толщи, длины и ширины проводимой выработки, а также материала постоянной крепи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является назАной Бсвалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технологические разработки, позволяюпще повысить эффективность использования подземного пространства.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Райков, Дмитрий Анатольевич, Москва

1. К. Gering "Способы проходки подземных выработок и области их применения". ВЦПВД-37257,1984 г., Юс.

2. H.H. Покровский "Технология строительства подземных сооружений и шахт". Ч 1. М.: Недра 1977г-420с.

3. М.Н. Щуплик, Я.М. Месхвдзе, И.О. Королев " Строительство подземных сооружений".-М.: Недра, 1990г, 384с.

4. A.A. Авотынь "Введение в специальность "Строительство подземных сооружений". Тула; 1986г, 88с.

5. Н.Г. Трупак "Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений".-М.: Недра, 1979г, 344с.

6. Б.А. Картозия, М.Н. Шуплик, Б.И. Федунец и др. "Шахтное и подземное строительство" т.2. М.: Издательство академии горных наук, 1998 г.-580 с.

7. СВМ1111-9-74 " Основания и фундаменты".

8. М.И. Смородинов, Федоров Б. С. Устройство сооружений и фундаментовспособом "стенав грунте". М.: Стройиздат, 1986.

9. А.Н. Драновский, О.П. Калашникова "Буронабивные сваи и фундаменты типа "стена в грунте" в сложных инженерно-геологических условиях". Казань: КХТИ им. СМ. Кирова, 1985г, 80с.

10. В.М. Галузин и др. "Возведение сооружений способом "стена в грунте" в сложных инженерно-геологических условиях". Казань: КХТИим. с м . Кирова, 1985г, 80с.

11. СниП 3.02.01.-87 п.13 " Проектирование стен сооружений и противофильтрационных завес, устраиваемых способом " стена в грунте".

12. П.П. Бессолов, Ю.В. Пруткин, А.Н. Семенов и др. "Способ возведения пешеходного перехода методом пщтовой проходки" A.c. №1828926 AI. СССР.МКИЗ, Е 21 D 9/00.-3 с.

13. К. Есикава "Новоавстрийский способ строительства горных тоннелей". ВЦП NE-73334. 1984 г-с. 12-34

14. С. Ната "Новоавстрийский метод проходки тоннелей и его механизация. Обзор". ВЦП ND-672889, 1983 г.- 18с.

15. J. Golser " Новый австрийский метод гфоходки: Теоретическое обоснование и практический опыт". ВЦП ND-05811,1982 г.-с.9-19

16. A.M. Muir-Wood "Проблемы применения новой технологии проходки тоннелей". Пер.ст. из "Felsbau" 1987 г., Vol.5, №1.

17. В.А. Часовой " Проблемы освоения подземного пространства промышленных центров, мегаполисов и пути их решения". Сб.науч.трудов " Актуальные вопросы подземного и наземного строительства, 1997 г.-с.38-42

18. В.И. Бородин "Индустриализация подземного пространства -глобальная перспектива XXI века: Информ. Обзор". -М.:ТИМР, 1995г, 63с.

19. В.М. Матвеенков "Использование подземного пространства в жилых районах крупных и крупнейпшх городов". Диссертационная работа представленная на соискание ученой степени канд. архитектуры. -М.;1991

20. D.C. Hugnes "Возможность сооружения надежных хранилищ и других сооружений под землей". Пер.докл. "Rockstore-80" International Simposimn. Stockholm. 1980г.

21. Л.А. Вульф, М.Л. Ищсович "Организация проектирования и учета подземных сооружений".-М.: Стройгодат, 1976 г, 176с.

22. В.М. Мостков, Н.В. Дмитриев, Ю.П. Рахманинов "Проектирование и строительство подземных сооружений большого сечения". Справочник М.: Недра, 1993 г.-с. 120-123

23. A.M. Басовская " Повышение прочности подземных сооружений". М.: Недра, 1982 г.-с.27-2828. "Расчет и проектирование оснований, фундаментов и подземных сооружений.: Сборник статей/под ред. В.В. Михеева". М.: Стройиздат, 1980 г, 157с.

24. К. Hemic "Смещение горных пород при строительстве тоннелей неглубокого заложения в рыхлых породах". Пер.ст. из "Die Strasse", 1981 г., №3

25. М. КоЫ "Экологические аспекты строительства инженерных сооружений". ВЦП-КЯ-13284, 1990 г.-с.7

26. С.Х. Клорикьян "Машины и оборудование для шахт и рудников". М.: Недра, 1994г.,-с. 6

27. В.Л. Попов, Б.А. Картозия, И.Д. Насонов и др. "Способ строительства подземного сооружения". Патент №2023161. РФ, 5 Е 21 D 9/00.- 8 с.

28. М.С. Сафохин "Горные машины и оборудование". М.: Недра, 1995 Г.-С.64

29. Ю.Н. Кузнецов, H.H. Красюк, В.Г. Виткалов "Практикум". М.: МГГУ, 1993 Г-С.55

30. М.Л. Жигалов, С.А. Ярунин " Технология, механизация и организация подземных горных работ". М.: Недра, 1996 г.-с.245-246

31. В.И. Зайков " Эксплуатация горных и транспортных машин и комплексов" ч2. М.: Недра, 1996 г.-с.105-107

32. Б.Ф. Братченко " Оборудование для механизации очистных и подготовительных работ в угольных шахтах". М.: Недра, 1972 г.-с.68-69

33. Г.А. Крупенников «Характеристика боковых пород» в книге «Горное дело. Энциклопедический справочник. Разработка угольных месторождений подземным способом». Т. 5. М.: Углетехиздат, 1958 г., с. 373-375.

34. П.Д. Романов «Исследование и разработка технологии очистных работ для сложных горно-геологических условий». Диссертационная работа, представленная на соискание степени кандидата технических наук. М.:ИГДим. Скочинского, 1977г.,с131

35. Ф.Б. Котлов "Некоторые вопросы формирования инженерно-геологических свойств пород в связи с изучением глинистых пород Москвы и Подмосковья. Инженерно-геологические свойства горных пород и методы их гоучения". М.: 1962. -С. 133-149.

36. П.А. Закутский "Краткий обзор исследований сопротивления пород вдавливанию крепи и работ по теории штампов. Физико-механические свойства, давление и разрушение горных пород". М.: Изд.-во АН СССР. 1962. -С. 42-59.

37. О.В. Ким «Исследование и разработка технологии и средств выемки тонких и средней мощности пластов, залегающих в условиях Карагандинского бассейна». Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук. МВССОКССР КазПИ, 1973 г.

38. В.М. Баньковская «Изучение влияния подземных вод на работу очистных забоев с механизированными комплексами». Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук. МИГО им. Скочинского, 1974 г., с. 15.

39. И.В. Баклашов, К.В. Руппенейт «Прочность незакрепленных горных выработок». М.: Недра. 1965 г.-с.18

40. Н.В. Баклашов, Б.А. Картозия «Механика подземных сооружений и конструкций крепей». М.: Недра. 1994 г.

41. Н.С. Булычев «Механика подземных сооружений в примерах и задачах». М.:Недра, 1989 г.-с.216

42. Г.Г. Штумпф, П.В. Егоров, A.B. Лебедев "Крепление и поддержание горных выработок". М.: Недра, 1992 г.- 246с.

43. А.Б. Фадеев, В.В. Бабанов "Подземные сооружения".-Л.; 1987г, 145с.

44. A.B. Филатов "Реконструкция и строительство фундаментов и подземных сооружений". Алма-Ата: Гылым, 1991 г, 111с.

45. А.Н. Драновский, А.Б. Фадеев "Подземнью сооружения в промышленном и гражданском строительстве". Казань: Изд-во Казанского университета, 1993 г, 355с.

46. Л. А, Алексеева "Динамика гфотяженных подземных сооружений". Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Алма-Ата; 1991г.

47. И.В. Баклашов, О.В. Тимофеев "Конструкция и расчет крепей и обделок".-М.: Недра, 1979г, 263с. (

48. Н.С. Булычев "Основы методики научных исследований в подземном строительстве". Тула; 1986 г, 57с.

49. СНиП П-94-80 Подземные горные выработки. Нормы проектирования. М.:Стройиздат. 1982 г.

50. В.В. Першин «Расчет на ЭВМ параметров технологии и организации строительства горных выработок». Кемерово: 1993 г.-170с.

51. Ю.Н. Огородников "Проектирование и расчет крепи подземных сооружений".-Л.: 1989г, 91с.

52. Ш.М. Айталиев и др. "Оптимальное проектирование протяженных подземных сооружений". Алма-Ата: Наука, 1986г.

53. Б.А. Картозия, М.Н. Шуплик, Б.И. Федунец и др. "Шахтное и подземное строительство" т.1. М.: Издательство академии горных наук, 1998 г.-с. 194-195, 409-410

54. Н.С. Булычев «Механика подземных сооружений в примерах и задачах». М.:Недра, 1989 г.-с.244

55. В.П. Лобанов «Предотвращение отказов коллекторных тоннелей способом химического укрепления вмещающих грунтов» из сборника научных трудов «Научнью основы проектирования и строительства шахт и подземных сооружений». М. 1982 г., с. 99.

56. В.П.Конухин "Управление свойствами и состоянием породных массивов при возведении и эксплуатации подземных сооружений". Апатиты; 1992 г.

57. В.П. Конухин "Крепление крупногабаритных подземных сооружений". Апатиты; 1991 г, 144с.

58. CA. Бачурин, И.М. Петербургская «Новые решения в области водопонижения при проходке выработок в условиях городской застройки». Сборник научных трудов "Строительство подземных сооружений в условиях городской застройки". М.: МГИ, 1987 г.-с. 101-105

59. М.Г. Янкулин, Б.И. Рутковский, О.Ю. Артомановский «Приспособление для понижения уровня грунтовых вод, монтируемых на землеройной машине». А. с 344081 (СССР). Опубликовано в Б.И., 1972 г. №21.

60. Г.Н. Харитоненко «Геологические условия строительства и эксплуатации подземных сооружений в г. Москва» М.: Недра. 1997 г.-с. 27.

61. A.C. Малкин, Л. А. Пучков, А.Г. Саламатин и др. "Проектирование шахт". М.: Недра, 2000 г.-с 90.

62. A.C. Бурчаков, A.C. Малкин, В.М. Еремеев " Проектирование предприятий с подземным способом добычи полезных ископаемых". М.: Недра, 1991 г.-с 41.75. " Основы научных исследований". М.: МГГУ 1994 г. с 92

63. В.Л. Попов "Проектирование строительства подземных сооружений".-М.: Недра, 1989г., 318с.

64. Е.Л. Креймер "Научные основы комплексного математического моделирования технологических процессов в системах подземного транспорта". Диссертация на соискание ученой степени докторатехнических наук. -Донецк; 1991 г.

65. В.В. Першин " Компьютерная технология проектирования горностроительных работ". Кемерово: 1999 г.-216с.

66. К.Н. Трубецкой, М.А. Иофис " Геомеханическое обеспечение комплексного освоевоия недр г. Москвы". "Горный журнал" , 1999 г. №11.-с.25-29

67. В.Д. Потапов "Имитационное моделирование производственных процессов в горной промышленности". М.: Недра, 1981 г.-312с.

68. Л.В. Ершов "Математические методы в горном деле". М.: Недра, 1980 Г.-132С.

69. В.Ф. Вызов "Имитационное моделирование горных процессов". М.: Недра, 1979г.

70. В. Л. Попов "Проектирование конструкций подземных сооружений с использованием ЭВМ".-М.; 1985 г, 74с.

71. С.Г. Баженова "Математико-статистические методы в горной промышленности".-М.: Изд-во МГГУ, 1997г.

72. В.В. Першин "Организация строительства горных выработок".-Кемерово, 1992г, 136с.

73. Б.Р. Григорьян "Расчет эксплуатационной производительности очистного комплекса и определение уровня организации работ на очистном участке с помощью ЭВМ'.-М; 1989г, 64с.87. " Основы научных исследований". М.: МГГУ 1994 г. с.95

74. Д.А. Юнгмейстер, A.B. Большунов "Расчеты горных машин на ЭВМ'. СПб.: 1997г.-84с.

75. Л.Н. Кудряшов, СВ. Мамонтов "Определение показателей использования комплексов в очистных забоях".-М.: 1990г, 63с.

76. Е.Г. Баранов, В.Н. Правицкий, В.В. Плахотник "Расчет основных параметров углевыемочных комбайнов на ЭВМ'. Днепропетровск: ДГИ, 1980 Г.-57С.

77. СниП 2.03.01.-84 "Бетонные и железобетоннью конструкции. Нормы проектирования". М.: Стройиздат., 1985 г.

78. К.И. Башлай "Бетонные и железобетонные работы. Справочник строигеля". М.: Недра, 1987 г.-286с.

79. В.В. Першин " Компьютерная технология проектирования горностроительных работ". Кемерово: 1999 г.-92с.

80. В.В. Кочерженко "Технология возведения подземных сооружений" -М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2000г, 159с.

81. Г.Н. Харитоненко "Практикум по геологическим дисциплинам"".-М: МГИ, 1989г.