CC BY
54
--------------------------------------- © А.Ю. Прокопов, М.В. Прокопова,
М.А. Мирошниченко, 2010
УДК 622.258.3
А.Ю. Прокопов, М.В. Прокопова, М.А. Мирошниченко
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ШАХТНОГО ПОДЪЕМА НА ПРОЕКТНУЮ МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ АРМИРОВКИ
Проведены исследования увеличения металлоемкости конструкций армировки в зависимости от скоростей подъема и концевых нагрузок.
Ключевые слова: армировка, шахтный подъем, металлоемкость конструкции, скорость подъема.
Неделя горняка
С увеличением интенсивности шахтного подъема в 8090-х гг. ХХ в. в проектных решениях жесткой армировки стволов на шахтах России наблюдалось значительное увеличение металлоемкости конструкций. Кроме того, принимаемые в это время технические решения сохранили ряд существенных недостатков: поперечное сечение стволов загромождалось расстрелами, часто располагающимися в центральной части, что затрудняло спуск длинномерных материалов и крупногабаритного оборудования в шахту и вызывало дополнительные затраты на проветривание; имели место высокая трудоемкость монтажа и изготовления элементов армировки, в связи с чем средние темпы работ по возведению армировки стволов на протяжении ряда лет практически не увеличивались (и составляли 150-200 м/мес.), зачастую не достигая нормативных (300 м/мес.). Это приводило к тому, что при трудоемкости армирования в 6-10 раз меньшей, чем остальное сооружение ствола, затраты времени на армирование занимали иногда до 20% от продолжительности строительства.
С прогнозируемым увеличением скоростей подъема до 20 м/с, концевых нагрузок до 100 т, глубины и диаметра стволов следует ожидать значительного возрастания влияния статических нагрузок от собственного веса конструкции армировки и временных нагрузок, связанных с аэродинамическими воздействиями на подъемные сосуды, эксцентриситетом загрузки сосудов, качеством монтажа конструкций, заделки концов расстрелов в крепь, влияния активного горного давления, а также увеличение металлоемкости и аэродинамического сопротивления стволов.
Исследуем увеличение металлоемкости типовых решений конструкций ар-мировки на примере, приведенном на рис. 1.
Для этого выполним расчеты жесткой армировки на основании методики [1] и пособия [2] для скипов массой m = 21,5; 48,5; 100 т и скоростей движения 6, 14 и 20 м/с.
Металлоемкость конструкции арми-ровки (рис. 1) на ярус при условии, что все расстрелы выполнены из одного профиля, определится по формуле
{ п \
М =
X Рр +
пр :
X
Рис. 1. Схема армировки скипового ствола и ее основные геометрические размеры: I-III - расстрельные балки; 1-8 - проводники;
lo = 0,45 м, Ірі = 1рз = 4,5 м, 1р2 = 8 м, l'02 = 4 м
где ^, lр1, lр2, lр3, l02 дЛинЫ
отдельных расстрелов (рис. 1), м; їзі - глубина і-й заделки расстрела в крепь, м; n - количество концов расстрелов, заделываемых в лунку; h -шаг армировки, м; рр, рпр - линейная плотность соответст-
Таблица 1
Расчетная металлоемкость конструкций при различной интенсивности подъема
Масса скипа, кг Скорость подъема, м/с Интенсивность подъема, МДж Металлоемкость, кг, при креплении расстрелов
бетониров. в лунках анкерами
на ярус на 1 м на ярус на 1 м
21500 б 0,774 2131,78 284б,18 532,94 474,3б 2107,24 2821,б4 52б,81 470,27
14 4,214 2900,б8 3839,88 725,17 б39,98 28б1,9б 3801,1б 715,49 б33,53
20 8,б00 37б1,48 5131,08 940,37 855,18 3733,9б 5103,5б 933,49 850,59
48500 б 1,74б 24б4,57 3291,29 б1б,14 548,55 2438,84 32б5,5б б09,71 544,2б
14 9,50б 4135,88 5б92,б8 1033,97 948,78 4119,5б 5б7б,3б 1029,89 94б,0б
20 19,40 58б3,92 778б,48 14б5,98 1297,75 5755,84 7б78,40 1438,9б 1279,73
100000 б 3,б00 2б70,44 3535,72 бб7,б1 589,29 2б41,1б 350б,44 бб0,29 584,41
14 19,б0 58б3,92 778б,48 14б5,98 1297,75 5755,84 7б78,40 1438,9б 1279,73
20 40,00 7255,49 9б91,01 1813,87 1б15,17 7127,92 95б3,44 1781,98 1593,91
Примечание. В числителе приведены значения металлоемкости для шага армировки 4 м, в знаменателе - б м. Металлоемкость анкерных узлов крепления рассчитана для четыреханкерных опорных плит.
Рис. 2. Зависимость металлоемкости 1 пог. м армировки от интенсивности подъема:
сплошные линии - при бетонировании расстрелов в лунках; пунктирные - при анкерном креплении расстрелов
венно расстрела и проводника, кг/м. Результаты расчетов приведены в табл. 1.
По данным табл. 1 построим поле корреляции и линии тренда, определяющие зависимости М = f (т V2) для различных шагов армировки и способов крепления расстрелов (рис. 2).
Как показывают результаты исследования, зависимость М = f (тК2) может быть выражена показательной функцией М = а (т К2)ь,
где а и Ь - коэффициенты аппроксимации, принимаемые по табл. 2.
Выполненный анализ показал, что для достижения прогнозируемых скоростей подъема и концевых нагрузок необходимо увеличить среднюю жесткость системы армировки или снизить эксплуатационные горизонталь-ные нагрузки. Эти выводы определили современные тенденции в конструировании жесткой армировки. Существуют два направления в конструировании:
- увеличение жесткости применяемых профилей для проводников и расстрелов при сохранении конструкций ярусов;
- разработка принципиально новых конструктивных решений армировки.
В настоящее время в отечественной
Интенсивность подъема, МДж
горнодобывающей промышленности реализовано первое направление: замена рельсовых проводников и двутавровых расстрелов коробчатыми профилями; внедрение роликовых направляющих сосудов вместо лап скольжения и др. Следует считать, что дальнейшее развитие этого направления исчерпано.
Ко второму направлению следует отнести научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, включающие:
- крепление элементов армировки на анкерах;
Таблица 2
Значения коэффициентов аппроксимации а и Ь и оценка ее достоверности
Шаг Значения коэффициентов при креплении расстрелов
армировки, в лунках бетонированием анкерами
м a Ь Я2 а Ь Я2
4 0,500 0,3366 0,948 0,495 0,3347 0,950
6 0,445 0,3377 0,949 0,442 0,3363 0,950
Примечание. Я2 - квадрат корреляционного отношения, характеризующий достоверность аппроксимации.
- создание консольных (безрас-стрельных) схем и конструкций армировки;
- разработку блочной армировки;
- создание систем, исключающих периодическое изменение жесткости армировки;
- решение проблем, связанных с воздействием на армировку активно деформирующегося вмещающего породного массива.
1. Методика расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт.- ВКИИГМ им. М.М. Федорова.- Донецк, 1985.- 170 с.
2. Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
шахт и рудников (к СНиП 11-94-80). Гос. ком. СССР по народн. образ., Моск. горн. ин-т / Под ред. И.В. Баклашова. - М.: Недра, 1989. - 160 с. іі^=і
г Коротко об авторах
Прокопов А.Ю. - кандидат технических наук, доцент, заместитель директора Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета по образовательной деятельности, доцент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», г. Шахты, Россия, prokopov72@rambler.ru
Прокопова М.В. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ(ф) ЮРГТУ(НПИ) , г. Шахты, Россия
Мирошниченко М.А. - горный инженер, аспирант кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» ШИ(ф) ЮРГТУ(НПИ), г. Шахты, siur-gtu@ siurgtu.ru
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕРЗЯИ Григорий Германович Экономическое обоснование стратегических планов развития золотодобывающих предприятий малой и средней мощности 08.00.05 к.э.н.
ЛУКЬЯГОВА Шталья Эколого-экономическое обоснование сохранения биоразнообразия в горнодобывающих регионах 08.00.05 к.э.н.
