CC BY
19
© М Б. Сотников, М.В. Плешко, 2012
УДК 622. 258. 3
М.Б. Сотников, М.В. Плешко
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ ЖЕСТКОЙ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
Рассмотрены пути совершенствования схем жесткой армировки. Отмечены недостатки существующих конструкций. Представлены новые конструкции и схемы консольной армировки вентиляционных стволов. Ключевые слова: узел крепления, анкер.
Способ заделки расстрелов жесткой армировки путем бетонирования в лунках, получивший наибольшее распространение на практике, имеет ряд существенных недостатков: большую трудоемкость работ, низкое качество заделки, тяжелые условия эксплуатации узла. Конец расстрела воспринимает и передает на крепь комплекс статических и динамических нагрузок. Статические нагрузки складываются из собственной массы армировки и усилий, возникающих в системе «порода — крепь — армиров-ка» в случае проявления горного давления. Динамические нагрузки вызываются движением подъемных сосудов и проявляются в виде ударных воздействий и вибраций.
Эксплуатация армировки ведется в условиях повышенных притоков воды и агрессивности среды. Вследствие этого, в местах заделки концов расстрелов в крепи ствола наблюдается активная коррозия металла и бетона. Неоднократно проводившиеся обследования стволов показали, что нарушение заделки расстрелов в лунках является одним из наиболее часто встречающихся дефектов армировки (до 30 %), приводящих к ее отказу.
За рубежом, а начиная с 80-х годов прошлого века и в отечественной горнодобывающей промышленности наметилась тенденция расширения
применения способа крепления элементов армировки на анкерах.
В СССР крепление расстрелов ар-мировки анкерами было впервые применено в горнорудной промышленности в стволах Дарасунского, Рахмановского, Высокогорского рудников, Старо-Берикульского, Гоме-шевского рудоуправлений [1]. Первоначально для закрепления расстрелов применялись штанги, используемые для крепления горизонтальных выработок. Между тем штанги для крепления расстрелов должны отвечать ряду дополнительных требований: надежно закреплять расстрелы при действии статических нагрузок, обеспечивать достаточную устойчивость элементов армировки, работающих под воздействием динамических нагрузок, а также обеспечивать минимальные смещения при раскреплении замков в породах различной крепости и в бетонах различных марок.
Учеными НИИОМШСа совместно с НИИГМ им. Федорова разработан ряд конструкций анкеров (рис. 1) для крепления армировки, учитывающих специфические условия их работы [2].
Анкеры состоят из металлической штанги, шайбы, резьбового соединения и закрепляются патронированным неорганическим вяжущим. Глубина заделки в крепь ствола должна составлять не менее 350 мм. Штанги
Рис. 1. Анкеры для крепления элементов армировки: а — трубчатый анкер; б — анкер из периодического профиля; в — анкер из периодического профиля с жестким защемлением
Д-Л
Рис. 2. Узел крепления расстрела анкерами, вьдвинутыми в ствол
изготавливаются из толстостенных труб или арматурной стали периодического профиля классов А-П и А-Ш.
Полученный практический опыт крепления элементов армировки анкерами позволил выполнить оценку технико-экономической эффективности. В табл. 1 представлено сравне-
ние различных способов крепления армировки по факторам стоимость, трудоемкость работ, а также скорость армирования.
Анализ полученных данных показывает, что стоимость монтажа расстрелов практически одинакова для всех рассмотренных вариантов из-за равного расхода металла на ярус. Однако способ крепления расстрелов анкерами позволяет снизить трудоемкость работ на 25 — 40 % и увеличить скорость армирования в 1,18 — 1,45 раза.
В то же время в процессе внедрения анкерного способа крепления армировки выявлен недостаток, заключающийся в сложности компенсирования отклонений стенок ствола от проектного положения, так как в этих условиях возникала необходимость изготовления расстрелов индивидуальной длины для каждого яруса или использования промежуточных кронштейнов, снижающих жесткость и надежность конструкции.
С целью решения данной проблемы был разработан и внедрен новый способ крепления расстрелов на анкерах, выдвинутых в ствол (рис. 2.) и образующих пространственную конструкцию, равнопрочную расстрелу [1].
Предложенный способ исключил необходимость применения кронштейнов для прикрепления к ним элементов армировки, позволил повысить точность монтажа, надежность армировки путем исключения дополнительных болтовых соединений или электросварки, снизить капитальные затраты и трудоемкость работ.
Эффективность применения и работоспособность предложенной конструкции с закреплением анкеров неорганическим вяжущим были подтверждены стендовыми и промышленными испытаниями [1]. Так в табл.
Таблица 1
Сравнительная оценка различных способов крепления расстрелов
Способ крепления расстрелов Скорость армирования м/мес. Трудозатраты, чел.час. Стоимость, руб. (цены 1991 г.)
на ярус на 1 м на ярус на 1 м
В лунках (разделка вручную) 300 39,72 10,0 580,5 145,1
В лунках пробуренных СБЁ-1 368 31,2 7,8 579,5 144,9
На штангах УШС 436 24,57 6,1 558,3 138,5
Таблица 2
Сравнительная оценка способов крепления расстрелов по жесткости и распределению напряжений в бетоне
Способ крепления расстрелов Жесткость на поворот, Н-м Максимальные напряжения в массиве бетона, МПа Наивысшая интенсивность напряжений, МПа
нормальные касательные
Бетонирование концов в лунках Анкеры на неорганическом вяжущем 1,629-107 3,928-107 10,9 7,07 6,17 8,236 18,0 15,64
2 представлены данные по жесткости узла и интенсивности напряжений в бетоне крепи при различных способах крепления армировки
Из табл. 2 следует, что жесткость на поворот (отношение величины нагрузки к перемещению), наибольшим образом влияющая на прогиб балки и динамические характеристики арми-ровки, при применении анкеров на неорганическом вяжущем увеличилась по сравнению с бетонированием концов расстрелов в лунках приблизительно в 2,4 раза. Следствием этого будет уменьшение прогибов расстрелов и повышение нижних собственных частот колебания армировки. Результаты исследования свидетельствуют также о снижении уровня напряжений в массиве бетона в случае применения анкерного крепления расстрелов.
На основании проведенного анализа с целью повышения технико-экономических показателей жесткой армировки предлагается конструкция безрасстрельной армировки с креп-
лением проводников непосредственно к крепи на анкерах, выдвинутых в ствол (рис. 3).
Рис. 3. Конструкция анкерной консоли
Рис. 4. Безрасстрельная схема арми-ровка клетевого ствола
Выдвинутые в ствол анкера, соединенные опорной плитой, образуют монолитную пространственную конструкцию консольного типа. Диаметр анкеров, расстояния между ними и глубина заделки определяются расчетом, исходя из запланированных нагрузок на армировку и прочностных характеристик крепи ствола. Расстояние между опорной плитой и крепью зависит от схемы армировки и радиальных отклонений стенок ствола от проектного сечения.
Наиболее эффективной областью применения разработанных конструкций являются глубокие вентиляционные стволы современных шахт и рудников.
С одной стороны их, как правило, оборудуют вспомогательным подъемом с низкой производительностью. Дви-
жение подъемных сосудов вызывает возникновение небольших динамических нагрузок на армировку и создает предпосылки для широкого применения облегченных конструкций.
С другой стороны в вентиляционных стволах на первый план выходят вопросы снижения аэродинамического сопротивления воздушной струе. Переход на анкерные консоли небольшой длины будет способствовать решению этой задачи.
Работоспособность предложенной конструкции безрасстрельной арми-ровки во многом определяется схемой армирования, причем наиболее эффективной будет схема с минимальной длиной анкерных консолей, обеспечивающей необходимые зазоры между подъемными сосудами и крепью ствола.
На рис. 4 представлена разработанная безрасстрельная армировка вентиляционного ствола большого диаметра с диагональным односторонним расположением проводников, позволяющая обеспечить минимальную длину анкерных консолей.
Подобные схемы армировки можно разработать практически для всех возможных вариантов компоновки подъемных сосудов вентиляционных стволов. Проведенные расчеты свидетельствуют о высокой технико-экономической эффективности таких схем за счет значительного снижения металлоемкости армировки, аэродинамического сопротивления ствола и трудоемкости работ по ее монтажу.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Марты- кальных стволов. — М.: Недра, 1996. — ненко И.А. Технология армирования верти- 202 с. и'.'-1^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Сотников Михаил Борисович — аспирант,
Плешко Марианна Викторовна — ассистент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», e-mail mspleschko@rambler.ru, Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).
