CC BY
29
УДК 624.121.532; 624.042.12;
АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К РАСЧЕТУ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ
СТВОЛОВ В ЗОНАХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
П. А. Деменков, Е.Л. Романова
Анализируются существующие аналитические и численные методики расчета крепи вертикальных стволов в горно-геологических условиях, осложненных тектоникой, применительно к протяженной части ствола, а также участкам сопряжений. Приведены и проанализированы результаты расчетов, выявлены перспективные направления развития методов численного моделирования с применением современных моделей деформирования различных материалов, которые учитывают множество различных факторов.
Ключевые слова: вертикальные стволы, моделирование, метод конечных элементов, тектоника, геомеханика.
Введение
Вопрос распределения напряжений в массивах горных пород в сложных горно-геологических условиях и проблема строительства подземных сооружений в таких массивах исследовались многими учеными и институтами [1 - 3]. Основной проблемой строительства сооружений, пересекающих тектонические нарушения, является слабая изученность процесса формирования естественных напряжений в нарушенном массиве. Сложность подземного строительства заключается в недоступности таких участков для наблюдения. Сведения о состоянии массива при строительстве стволов получают по данным контрольно-стволового бурения, однако не исключены случаи недостоверного представления о взаимодействии структурных элементов массива по пробуренным скважинам и последующего ошибочного оценивания требуемой прочности крепи при проектировании. Такие ситуации могут негативно отразиться как на финансовых потерях при строительстве (перерасход материала), так и на безопасности горных работ (человеческие потери).
Научное сообщество продолжает исследовать влияние геологических нарушений как на крепи стволов и других капитальных выработок [4 - 6], так и на характеристики массива. Так, например, в [7] предложена комбинированная схема возведения стволов в тектонически напряженном горном массиве с отставанием крепления от забоя ствола 6 метров, позволяющая минимизировать напряжения крепи, в [8] представлена количественная оценка влияния ориентации системы трещин на прочность массива, в [9] предложен анализ механизмов деформации и разрушения горных пород, на основании которого был предложен новый критерий прочности пород.
Отсутствие базы нормативных документов, определяющей порядок расчета крепи горных выработок в нарушенных зонах, вынуждает проектные организации рассматривать отличные от нормативных методы строительства таких сооружений и ссылаться на опыт проектирования. При наличии тектонических нарушений по трассе ствола крепь принято заменять на чугунную на данном участке или усиливать её, что приводит к затратам материалов для крепления. Нормативный документ [10] при строительстве вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях (тектонические разломы, зоны дробления и пр.) рекомендует обращаться в специализированные организации для расчета крепи сооружений по условию прочности на внешнем и внутреннем контурах крепи.
Строительство новых и поддержание действующих конструкций крепи стволов требуют точной оценки напряженно-деформированного состояния вмещающего массива и крепи. Исследования, направленные на повышение достоверности определения напряженно-деформированного состояния крепи стволов, пересекающих тектонические нарушения, и вмещающего массива с целью повышения безопасности проводимых горных работ на подобных участках, являются актуальной задачей современного научного сообщества в условиях увеличения глубины разработки полезных ископаемых и усложнения процесса их добычи.
Рассмотрим применимость существующих методов расчета крепи для протяженных участков вертикальных стволов.
Аналитические методы. Определение действующих на крепь ствола нагрузок и выбор ее типа и параметров на основании расчета являются сложной инженерной задачей, решение которой влияет как на надежность и долговечность крепи сооружения, так и на капительные вложения при его строительстве.
Все существующие расчетные схемы можно разделить на две категории: схема заданных нагрузок и схема совместного взаимодействия (условие совместности деформирования системы «крепь - массив»). На основании этих методов расчета нагрузок на крепь капитальных выработок проведено большое число исследований, имеющих не только научное, но и практическое значение, например, в [11] автор, определяя оптимальную величину несущей способности анкерного узла, рассчитывает крепь сооружения по схеме заданных нагрузок, [12] в рамках схемы совместного взаимодействия охарактеризован новооавстрийский метод крепления выработок, предложены способы управления системой «крепь - массив» с помощью варьирования свойств бетона для обеспечения эффективной нагрузки массива.
Схема заданных нагрузок получала широкое распространение за счет простоты алгоритма расчета крепи как конструкции с помощью известных методов строительной механики (метод сил, перемещений и др.). Принципиальным недостатком схемы является невозможность учета тех-
нологии сооружения выработки как важного фактора влияния нагрузки на крепь. Также необходимо уточнить, что при расчете крепи выработки методами строительной механики невозможно избежать введения ряда допущений, к тому же в некоторых случаях не выполняются условия правомерности использования стержней и кривых брусьев при моделировании работы элементов крепи.
В настоящее время при расчете крепи вертикальных стволов более применяемой является схема совместного взаимодействия [13]. Устойчивость горных выработок определяется по схеме контактного взаимодействия «крепь - массив» [14], в которой эти элементы рассмотрены как единая деформируемая система, в отличие от схемы заданных нагрузок, рассматривающей крепь вне вмещающих пород. Железобетонную крепь представляют как многослойную неоднородную конструкцию с периодически повторяющимися включениями более жестких элементов. При расчете определяют напряжения на контакте крепи с массивом (нагрузки на крепь) и напряжения на внутреннем и внешнем контурах крепи, методика учитывает начальное поле напряжений, применяется схема с эквивалентными напряжениями (нагрузками), определяемыми в тектоническом поле напряжений.
Второй наиболее широко применяемой в настоящее время аналитической методикой расчета крепи является методика, изложенная в своде правил [10]. По данной методике крепь ствола рассчитывается дифференцировано для каждого из участков вертикального ствола, возводимых в литологических разностях: устья протяженной части и сопряжения. Расчет крепи устья ведется на вертикальное и горизонтальное давление, действующее на крепь. Вертикальную нагрузку учитывают суммарным воздействием от давления массы самой крепи, оборудования и сооружений, опирающихся на крепь. Горизонтальную нагрузку рассчитывают в соответствии с приложением А [10] как сумму давления породы окружающего массива и пригрузов фундаментов и опор, а также гидростатического давления водоносных горизонтов. Протяженная часть крепи и сопряжения рассчитываются в соответствии с устойчивостью пересекаемых пород, давлением подземных вод, а также влиянием очистных и других выработок. Стоит отметить, что факторы влияния очистных работ, а также проходки выработок учтены лишь косвенно - путем введения коэффициентов и не отражают реального формирования нагрузки на крепь.
Аналитические методы расчета крепи стволов с учетом напряженно-деформированного состояния массива включают ряд допущений, из-за которых решение задачи не может быть достоверным для ряда случаев, описанных далее. Результатом аналитических расчетов может являться завышение показателей напряжений в крепи из-за принятых упрощений и, следовательно, перерасход материала, что негативно сказывается на экономической стороне строительства. С другой стороны, недостоверное
определение действующих на крепь нагрузок скажется на ее расчетной несущей способности, что может обернуться частичным или полным ее разрушением. Так, на шахте «Центральная» Донского ГОКа при строительстве клетевого ствола в интервале глубин 572 - 765 м [15] в 1984 г. произошло разрушение бетонной крепи, ствол оказался засыпан на высоту 193 метров. При восстановлении ствола и дальнейшей проходке были приняты меры по усилению конструкции крепи, однако при сооружении рассечки на отметке 805 м было отмечено появление трещин в спинках тюбингов, то есть повторная потеря прочности. Анализ других случаев разрушения крепей [16, 17] в стволах показывает, что в сложных горногеологических условиях давление на крепь определяется не только гравитационными силами, но и другими действующими факторами, которые порой невозможно учесть при решении задачи аналитическими методами.
Численные методы. Численное моделирование позволяет увидеть наиболее близкую к реальной картину распределения напряжений в массиве, учесть неравномерность рассредоточения нагрузки на крепь в явном виде, учесть пространственную постановку задачи и структуру массива [18 - 20], получить более точные результаты при определении напряжений в крепи, и в настоящий момент широко применяются для решения различных задач геомеханики [21 - 23]. Идея метода заключается в приближенном решении задачи на основании построения связи «сила-перемещение», выстраиваемой для каждого из всех конечных элементов, на которые разбивается исследуемая среда. Подобное дробление сплошной среды на дискретные элементы с конечным числом связей в узлах способно сохранить ее свойства при определении напряженно-деформированного состояния каждого из элементов.
Численные методы решения задач наряду с перечисленными достоинствами обладают также и рядом недостатков. Численные методы очень требовательны к исходным данным, для оперирования ими необходима более высокая квалификации расчетчика, чем для аналитических методов, в силу уникальности и сложности каждой из моделируемых моделей.
В настоящее время с высоким уровнем развития компьютерных технологий и средств вычислительной техники геомеханика получила возможность учитывать пластичность, слоистость, ползучесть и другие особенности строения горной породы и процессы, протекающие ней, а также рассчитывать точные нагрузки на крепь методом конечных элементов, который на сегодняшний день активно используется для решения непростых задач механики сплошной среды. Несмотря на широкое применение численных методов расчета в современном проектировании, нормативная база утверждает лишь методику аналитического расчета [8].
Описание геомеханической модели и результатов расчетов. В работе рассматривается участок ствола длиной 80 метров. Диаметр ствола в модели принят 6,5 метров в свету, толщина крепи из бетона класса В30
составляет 300 мм, используется передовое анкерное крепление. Исследуется зависимость величины максимальных напряжений в крепи от мощности зоны дробления и от величины отставания крепления от забоя ствола. Массив горных пород, исследуемый в данной работе, сложен туфопесчан-никами, туфоалевролитами, туфитами переслаивающимися.
Решение геомеханической задачи достигается с помощью программного комплекса Abaqus CAE в трехмерной постановке. Все созданные модели представляют собой фрагмент породного массива, вмещающий участок крепи ствола. Породный массив отрабатывается заходками величиной 2 метра. После выемки породы устанавливаются анкера, а затем возводится монолитно-бетонная крепь. Поэтапная отработка реализована в моделях с помощью двойной сетки. В рамках поставленной задачи были созданы 15 моделей с зонами дробления мощностью 2, 4, 6, 8 и 10 метров с отставанием крепи от забоя 2, 4 и 6 метров для каждого из моделируемых тектонических нарушений.
Некоторые значения наибольших касательных напряжений на внутреннем контуре крепи представлены в таблице.
Значения максимальных касательных напряжений на внутреннем _контуре крепи
№
Эпюра распределения касательных напряже _ний на контуре_
Максимальные значения напряжений, МПа
2
S, S22 (CSYS-1) (Avg: 75%)
|-5.739е+05 -1.22бе+0б -1.877е+06 -2.529е+06 -3.181е+06 -3.833е+06 -4.484е+06 -5.136е+0б -5.788е+06 -6.439е+06 -7.091е+0б -7.743е+06 -8.395е+06
S, S22 (CSYS-1) (Avg: 75%)
|-1.267е+06 -2.137е+06 -3.007е+06 •3.876е+06 ■4.746е+06 •S.616e+06 ■6.48 бе+06 -7.355е+06 ■8.225е+06 -9.09Se+06 -9.964е+06 -1.083е+07 •1.170е+07
S, S22 (CSYS-1) (Avg: 75%)
|-5.739е+05 -1.226е+06 -1.877е+0б -2.529в+06 -3.181е+06 -3.833е+06 -4.484е+06 -5.136в+0б -5.788е+06 -6.439е+06 -7.091е+06
Отставание крепи от лба забоя 2 метра
Mr
¿г
iw V
Мощность зоны дробления 2 метра
ж
ш
1
1
2
1
Окончание таблицы
Ъ, Б22 (СБУ5-1) (Дуд: 7Б%)
(+2.331е+05 -2.070е+04 -2.745е+05 -5.284е+05 -7.822е+05 -1.036е+06 -1.290е+0б -1.544е+06 -1.798е+0б -2.051е+0б -2.305е+06 -2.559е+0б -2.813е+06
Также были получены графики зависимости максимальных касательных напряжений на внутреннем контуре от отставания от забоя и от мощности зоны дробления (рис. 1.) для всех моделей.
2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,6 6
Отставание крепи от забоя, м
23456789 10 11
Мощность зоны дробления, м
Рис. 1. Графики зависимости максимальных напряжений на внутреннем контуре крепи от отставания и от мощности
зоны дробления
На основании полученных результатов были построены кривые максимальных касательных напряжений по внутреннему контуру крепи в зависимости от мощности зоны дробления (2, 4, 6, 8, 10 метров) для отставания крепления в 2 метра (рис. 2, а) и кривые максимальных касательных напряжений по внутреннему контуру при отставании крепления от забоя 2, 4 и 6 метров для зоны дробления мощностью 2 метра (рис. 2, б).
Проанализировав аналитический и численный методы расчета крепи протяженных участков вертикального ствола, хотелось бы подчеркнуть, что существующие аналитические решения плоских задач применимы для линейнодеформируемой среды как задачи теории упругости. Для решения более сложных задач необходимо обращаться к приближенным методам решения контактных задач, которыми являются численные методы конечных элементов, конечных разностей и другие.
2
1
2
Рис.2. Кривые зависимости максимальных касательных напряжений на внутреннем контуре крепи от: а - мощности зоны дробления; б - отставания крепления от забоя
Анализ метода расчета крепи участков сопряжений вертикального ствола
Для объектов со сложной пространственной конфигурацией, таких, как, например, камера дозаторного комплекса (ДЗК) или участок сопряжения выработок с вертикальным стволом, использование аналитических методов расчета крепи не представляется возможным ввиду необходимости комплексного численного анализа для определения напряженно -деформированного состояния крепи и мест концентрации напряжений на опасных участках. Для прогноза напряженно-деформированного состояния крепи ствола шахты на участке сопряжения с горизонтальными горными выработками была построена численная модель. Вмещающий массив осложнен тектонической нарушенностью, что является причиной превалирования горизонтального давления породы над вертикальным. Рудовме-щающая толща сложена вторичными кварцитами, туфами, туфобрекчиями диабазового состава, лавами дацитового и андезито-дацитового состава. Геометрическая конфигурация модели представлена на рис. 3. Модель создана в программном комплексе АЬадш САЕ.
Рис. 3. Геометрическая конфигурация рассматриваемого
участка сопряжения
Диаметры ствола вчерне и в свету приняты соответственно 8,1 и 7,5 метров, тип постоянной крепи - монолитный бетон класса В30. Рассмотрим максимальные главные напряжения на внешнем и внутреннем контурах крепи (рис. 4), и общие смещения рассматриваемого участка (рис. 5).
На эпюре распределения напряжений максимальные значения (13 МПа) зафиксированы на внешнем контуре крепи в углах камеры ДЗК со стороны действия максимальных горизонтальных напряжений. Также большие значения напряжений закономерно зафиксированы на участках сопряжения выработок (6,4 МПа). Эпюра распределения напряжений демонстрирует зоны концентрации напряжений, в которых значения напряжений, воспринимаемых обделкой, превышают предел прочности бетона на сжатие (12,5 МПа с учетом ползучести и коэффициента условий работы).
Рис. 4. Максимальные напряжения на внешнем и внутреннем контурах
крепи
Предложенная эпюра распределения смещений крепи ствола (рис. 5) подтверждает картину распределения максимальных напряжений на контуре крепи: максимальные значения зафиксированы на участках сопряжения и лежат в диапазоне от 25 до 13 мм. Наименьшие значения смещений зафиксированы на протяженных участках выработок. Стоит отметить, что во внимание принимаются лишь смещения в расчетной области, величина смещений на участках, приближенных к граничным условиям, не является достоверной.
Рис. 5. Расчетные смещения крепи вертикального ствола
Заключение
В рамках исследования были созданы 15 геомеханических моделей на примере ствола шахты, вскрывающего медное месторождение. По результатам расчетов были построены 2 графика и 2 кривые зависимости напряжений на контуре крепи от различных начальных условий. По представленным кривым и графикам можно сделать несколько выводов:
1) увеличение мощности зоны дробления влечет за собой увеличение касательных напряжений в крепи ствола. Форма кривой с изменением мощности зоны тектонического нарушения сохраняется;
2) увеличение отставания крепи от забоя ствола понижает значения касательных напряжений на внутреннем контуре;
3) полученные кривые имеют характерную для распределений касательных напряжений в крепи форму, что подтверждает корректность проведенных расчетов;
4) касательные напряжения в крепи с увеличением мощности зоны дробления возрастают экспоненциально;
5) касательные напряжения в крепи с увеличением отставания крепления от забоя убывают нелинейно. Закономерность убывания напряжений в крепи с ее отставанием обусловлена реализацией смещений в контуре.
Также в работе было продемонстрировано преимущество численных методов расчета над аналитическими при решении задач геомеханики, связанных с расчетом крепи участков сопряжений вертикальных стволов в трехмерной постановке.
Анализ полученных результатов говорит о том, что на сегодняшний день не существует аналитических методов для расчетов НДС (напряженно-деформированного состояния) крепи сопряжений, которые позволяли бы достоверно оценить работу крепи в сложных горно-геологических условиях. Более того, методики численного расчета требуют развития, поскольку существует большое количество факторов, которые необходимо принимать во внимание при определении НДС крепи. Применение современных моделей деформирования горных пород позволит с большей степенью достоверности определить характер нагрузки на крепь вертикального ствола и ее изменение во времени.
На сегодняшний день нормативная база в подземном строительстве и в строительстве горных предприятий говорит о том, что при прочностных расчетах мы не можем выходить за пределы текучести материалов строительных конструкций, а такой фактор, как, например, ползучесть бетона, может быть учтен лишь косвенно путем введения понижающих коэффициентов. Развитие и совершенствование моделей деформирования материалов строительных конструкций должны порождать своевременное обновление нормативных документов в данной области. Это увеличит безопасность ведения работ и снизит затраты на перерасход строительных материалов.
Список литературы
1. Боликов В. Е., Харисов Т. Ф., Озорнин И. Л. Напряженно-деформированное состояние бетонной крепи при строительстве вертикальных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. №. S11. С. 77-86.
2. Trushko V. L., Gospodarikov A. P., Sozonov K. V. Calculation of stress state in ore and backfill during mining in yakovlevskoe iron ore deposit // Mining Informational and Analytical Bulletin. 2019. № 5. P. 111-123. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-111-123.
3. Панжин А. А. Роль тектонических нарушений в процессе сдвижения на рудниках Высокогорского ГОКа // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2005. №. 4. С. 131-136
4. Сентябов С. В. Формирование напряжений в бетонной крепи вертикальных стволов // Проблемы недропользования. 2015. №. 1 (4). С. 71 -78.
5. Петров Д. Н., Долгий И. С., Очкуров В. И. Влияние тектонических напряжений и геологических нарушений в массиве на параметры напряженно-деформированного состояния вокруг выработок // Записки Горного института. 2010. №.185. С. 132-135.
6. Хасанов Н. М. Обоснование способов и технологий строительства в зонах разрывных тектонических нарушений // ГИАБ. 2005. №. 9 С. 343-345.
7. Рыбак С. А. Особенности строительства и крепления вертикальных стволов в тектонически напряженном горном массиве // ГИАБ. 2008. №. 5. С.200-206.
8. Protosenya A. G., Karasev M. A., Verbilo P. E. Research of the mechanical characteristics' anisotropy of apatite-nepheline ores block rock mass // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018. Т. 9. №. 11. С. 1962-1972.
9. Karasev M. A., Protosenya A. G. Models of strength and fracture of rocks // ISRM European Rock Mechanics Symposium-EUROCK 2018. OnePetro, 2018.
10. СП 91.13330.2012 Подземные горные выработки (актуализированная редакция СНиП II-94-80). М., 2012.
11. Черев Д. А. Методика выбора параметров рамно-анкерной крепи // Известия вузов. Горный журнал. 2005. №. 4. С. 51-55
12. Плешко М. С., Крошнев Д. В. Влияние свойств твердеющего бетона на взаимодействие системы «Крепь-массив» в призабойной зоне вертикального ствола // ГИАБ. 2008. №. 9. С. 320-325.
13. Bulychev, N.S., Puerto, J.E. Lining design for pressure shafts and tunnels of circular cross section // ISRM International Symposium. 1982. 575582 p.
14. Булычев Н. С., Фотиева Н. Н., Безродный К. П. Формирование и применение новой теории и аналитических методов расчета крепи горных выработок // Метро и тоннели. 2011. №. 6. С. 18-19.
15. Булычев Н. С., Сергеев С. В. Боликов В. Е. Исследование напряженнодеформированного состояния крепи клетевого ствола шахты «Центральная» Донского ГОКа // Геомеханика в горном деле-96: тез. докл. междунар. конф. М.: ИГД Уро РАН, 1996.
16. Казикаев Д. М., Сергеев С. В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. М.: Горная книга, 2011. 244 с.
17. Козел А. М. Геомеханические вопросы проектирования и поддержания шахтных стволов. М.: Недра, 2010. 215 с.
18. Карасев М. А., Петрушин В. В., Катеров А. М. Теоретические положения прогноза напряженно-деформированного состояния соляных пород на основании микроструктурного представления // Современные образовательные технологии в подготовке специалистов для минерально-сырьевого комплекса. 2020. С. 1575-1582.
19. Karasev M. A. et al. Method for predicting the stress-strain state of the vertical shaft lining at the drift landing section in saliferous rocks // Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 628-637.
20. Protosenia A., Karasev M., Ochkurov V. Introduction of the method of finite-discrete elements into the Abaqus/Explicit software complex for modeling deformation and fracture of rocks // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2017. №. 6 (7). С. 11-18.
21. Protosenya A.G., Vilner M. A. Assessment of excavation intersections' stability in jointed rock masses using the discontinuum approach // Rudar-sko-geolosko-naftni zbornik (The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin). 2022. №622. C. 137-147.
22. Господариков А. П., Зацепин М. А., Мелешко А. В. Численное моделирование на основе метода конечных разностей некоторых прикладных задач геомеханики // Записки Горного института. 2009. №.182. С. 238240.
23. Analysis of shaft lining stress state in anhydrite-rock salt transition zone / M. A. Karasev, A. G. Protosenya, A. M. Katerov, V. V. Petrushin // Rudarsko-geolosko-naftni zbornik. 2022. Т. 37. №. 1. С. 151-162.
Деменков Пётр Алексеевич, д-р техн. наук, Demenkov PA @pers.spmi.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,
Романова Екатерина Леонидовна, асп., s2l5064astud. spmi. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет
ANALYSIS OF APPROACHES TO CALCULATION OF VERTICAL SHAFT SUPPORT
IN TECTONIC DISTURBANCE ZONES.
E.L. Romanova, P.A. Demenkov
The article presents an analysis of the existing analytical and numerical methods for calculating the design of vertical shaft supports in complex mining and geological conditions complicated by tectonics with respect to the extended part of the shaft and its junctions. The results of calculations are presented and analyzed, perspective directions of development of methods of numerical modeling with application of modern models of deformation of various materials which take into account many different factors are revealed.
Key words: vertical shafts, modeling, finite element method, tectonics, geomechan-
ics.
Demenkov Pyotr Alekseevich, doctor of technical sciences, Demen-kov_PA@pers.spmi.ru, Russia, Saint Petersburg, Saint Petersburg Mining University,
Romanova Ekaterina Leonidovna, postgraduate, s215064@stud.spmi.ru , Russia, Saint Petersburg, Saint Petersburg Mining University
Reference
1. In Bolikov. E., Kharisov T. F., and Ozornin. L. The stress-strain state of concrete support during the construction of vertical trunks // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2011. No. C11. pp. 77-86.
2. Trushko V. L., Mravarikov A. P., Sozonov K. V. Calculation of the stress state of both ore and backfill during mining and // Mining information and analytical / optical Bulletin. 2019. No. 5. pp. 111-123. DOI: 10.25018 / 0236-1493-2019-05-0-111-123.
3. Panzhin A. A. The role of tectonic disturbances in the process of displacement at the mines of the Vysokogorsky GOK // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2005. No. 4.A.D. <url>. 131-136
4. Sentyabov S. V. Formation of stresses in the concrete support of vertical shafts // Problems of subsoil use. 2015. No. 1 (4). pp. 71-78.
5. Petrov D. N., Dolgiy I. S., Ochkurov V. I. Influence of tectonic stresses and geological disturbances in the massif on the parameters of the stress-strain state around the workings // Notes of the Mining Institute. 2010. No.185. pp. 132-135.
6. Khasanov N. M. Substantiation of methods and technologies of construction in zones of discontinuous tectonic disturbances // GIAB. 2005. No. 9 pp. 343-345.
7. Rybak S. A. Features of construction and fastening of vertical trunks in a tectoni-cally stressed mountain massif // GIAB. 2008. No. 5. p.200-206.
8. Protosen A. G., Karasev M. A., Verbilo P. E. Investigation of the mechanical characteristics of the "anisotropy" of a block array of apatite-nepheline ores // International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018. No. 9. No. 11. pp. 1962-1972.
9. Karasev M. A., Protosen Arma A. G. Models of rock strength and fracture // Isrm European Rock Mechanics with Sectmposium-EUROCK 2018. OnePetro, 2018.
10. $ 91.13330.2012 ($II-94-80),$, 2012$.
11. Cherev D. A. Method of selection of frame-anchor support // Izvestiya vuzov. Mining magazine. 2005. No. 4. pp. 51-55
12. Pleshko M. S., Kroshnev D. V. The influence of the properties of hardening concrete on the interaction of the "Support-array" system in the bottom-hole zone of a vertical trunk // GIAB. 2008. No. 9. pp. 320-325.
13. Bulekchev N. S., Puerto J. E. Lining design of pressure shafts and tunnels of circular cross-section. Isrm International with Sectmposium. 1982. 575-582 p.
14. Bulychev N. S., Fotieva N. N., Bezrodny K. P. Formation and application of a new theory and analytical methods for calculating the support of mining workings // Metro and tunnels. 2011. No. 6. pp. 18-19.
15. Bulychev N. S., Sergeev S. V. Bolikov V. E. Investigation of the stress-deformed state of the support of the cage shaft of the Tsentralnaya mine of the Don GOK // Sb. nauch. tr. Geomechanics in mining-96/Tez. dokl. international conf. IGD Uro RAS. 1996.
16. Kazikaev D. M., Sergeev S. V. Diagnostics and monitoring of the stress state of the support of vertical trunks. Moscow: Gornaya kniga, 2011. 244 p.
17. Kozel A.M. Geomechanical issues of designing and maintaining mine shafts. M: Nedra, 2010. 215 p.
18. Karasev M. A., Petrushin V. V., Katerov A.M. Theoretical provisions of the prediction of the stress-strain state of salt rocks based on microstructural representation // Modern educational technologies in the training of specialists for the mineral resource complex. 2020. pp. 1575-1582.
19. Karasev M. A. et al. A method for predicting the stress-strain state of the support of a vertical shaft at the site of the drift landing in salt-bearing rocks. 2019. Vol. 240. pp. 628637.
20. Protosenia A., Karasev M., Ochkurov V. Introduction of the finite-discrete elements method into the Abaqus/Explicit software package for modeling deformation and destruction of rocks // Eastern European Journal of Advanced Technologies. 2017. No. 6 (7). pp. 11-18.
21. Protosen A. G., Vilner M. A. Assessment of the stability of intersections of cavitation and combined rock massifs using the discontinuity method // Mining Bulletin / geologist / Petroleum Engineering. 2022. No.622. pp. 137-147.
22. Gospodarikov A. P., Zatsepin M. A., Meleshko A.V. Numerical modeling based on the finite difference method of some applied problems of geomechanics // Notes of the Mining Institute. 2009. No.182. pp. 238-240.
23. Analysis of the stress state of the trunk support and the anhydrite-rock salt transition zone / M. A. Karasev, A. G. Protosen Offta, A.M. Katerov, V. V. Petrushin // Mining and geological and petroleum news. 2022. No. 37. No. 1. pp. 151-162.
УДК 622.285.4:624.191.6
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ
ЩИТОВЫХ МАШИН
А.Б. Жабин, А.В. Поляков, П.Н. Чеботарев, В.И. Сарычев
Рассмотрены вопросы расчета конструктивных параметров при проектировании основных элементов герметических тоннельных щитовых машин с грунтовым и суспензионным пригрузом забоя. Определены действующие при их работе нагрузки, оказывающие влияние на выбор конфигурации машины, при которой каждый ее компонент будет функционировать правильно.
Ключевые слова: герметическая щитовая машина, действующие нагрузки, конфигурация, конструктивные параметры.
Рассматривая вопрос проектирования герметической щитовой машины, необходимо определиться с действующими на нее нагрузками. Прочность каждой части щитовой машины определяется в отношении к реактивным силам, возникающим при движении щитовой машины, и к вращающему моменту рабочего органа [1 - 4].
Нагрузки, учитываемые при проектировании щитовой машины, часто определяются в соответствии с требованиями к обделке тоннеля. На тоннельную обделку воздействует весьма сложная система нагрузок, которую непросто оценить с высокой точностью. При проектировании щитовой машины в расчет принимаются следующие нагрузки [2, 5]:
- вертикальное и горизонтальное давление грунта;
- давление грунтовых вод;
- собственный вес машины;
