CC BY
27
© А.Ю. Прокопов, М.В. Прокопова, 2007
УДК 622.258
А.Ю. Прокопов, М.В. Прокопова
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КРЕПЛЕНИЯ И АРМИРОВАНИЯ ГЛУБОКИХ СТВОЛОВ С УЧЕТОМ ОЖИДАЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТКЛОНЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОХОДКИ
Семинар № 8
Рекомендации по проектированию крепи и армировки, предлагаемые в работе [1], направлены на повышение устойчивости крепи ствола, на безремонтную эксплуатацию подъемного комплекса, что обеспечит бесперебойную работу всего горнодобывающего предприятия.
Коротко напомним результаты исследований [1] и суть предложений по совершенствованию методики расчета крепи глубоких вертикальных стволов и проектирования параметров их ар-мировки.
Первое. Допускаемые при креплении технологические отклонения крепи от проекта, возникающие из-за изменения формы опалубки и отклонения центрального отвеса, негативно сказываются на ее напряженно-деформированном состоянии, и, как следствие, на несущей способности. Максимальные смещения контура крепи возникают в направлении короткой полуоси эллипса, т.е. образующаяся в результате технологических погрешностей эллиптичность кольца крепи усиливается под действием внешних нагрузок со стороны вмещающего породного массива.
Повышение концентрации напряжений связано, прежде всего, с увеличением эллиптичности опалубки и образованием кольца крепи перемен-
ной толщины. Во избежание этого явления и обеспечения нормальной работоспособности крепи, при проходке глубоких стволов в неустойчивых породах, рекомендуется 2 возможных варианта:
- замена опалубки на глубине 500600 м с целью исключения погрешности формы поперечного сечения кольца крепи и уменьшения концентрации напряжений;
- постепенное (с глубиной свыше 600 м) увеличение диаметра ствола вчерне для обеспечения увеличения толщины крепи и снижения максимальных напряжений в местах утонения кольца.
Так как первый вариант связан с определенными технологическими сложностями (необходимость разделки, демонтажа и выдачи деформированной и спуска новой опалубки), а также организационными недостатками (остановка проходки ствола на время замены опалубки), более предпочтительным является второй вариант.
Второе. Нормативные величины заделки расстрелов в лунках бетонированием в глубоких стволах не обеспечиваются вследствие увеличения радиальных отклонений крепи ствола и соответствующего снижении глубины заделки, что приводит к отказам армировки. По этой причине
наблюдается более 67 % всех нарушений жесткой армировки.
Поэтому расчет глубины заделки расстрела (консоли) в крепь предлагается производиться с учетом возможного радиального отклонения крепи ствола от проектного положения, при этом необходимый запас глубины заделки может выражаться поправочным коэффициентом, находящимся в пределах 1,06-1,56 и зависящим от глубины, диаметра ствола и угла юр между продольной осью расстрельной балки и нормалью к поверхности крепи ствола в месте заделки.
Третье. Средняя величина зазора между бетонной крепью ствола и наиболее выступающей частью подъемного сосуда, вследствие нарушений проектного положения крепи, снижается с увеличением глубины и диаметра ствола от 174 до 106 мм и на глубинах 800 м и более не обеспечивает соблюдения регламентируемого ПБ зазора Amin = 150 мм.
Поэтому предлагается проектируемое расстояние между бетонной крепью ствола и наиболее выступающей частью подъемного сосуда увеличить относительно принятых в настоящее время норм до значений:
- при глубине ствола 600 - 800 м -не менее 200 мм;
- при глубине 800 м и более - не менее 250 мм.
Все три вышеупомянутых предложения направлены на повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик крепи, армировки ствола и всего подъемного комплекса, однако все они требуют увеличения первоначальных затрат с целью дальнейшего снижения расходов на поддержание.
Произведем сопоставление затрат по базовому (проектирование по действующим нормативным документам) и альтернативному варианту (проек-
тирование крепи и армировки с учетом ожидаемых отклонений от проекта), исходя из первоначальных капитальных затрат на крепление и армирование ствола, а также прогнозируемых затрат на поддержание ствола в рабочем состоянии в период эксплуатации (т.е. на переармирование, перекрепление и текущий ремонт). Для оценки затрат на поддержание примем данные ВНИИОМШСа, согласно которым, стоимость ремонта вертикальных стволов составляет от 20 до 37 % от стоимости их проходки, в том числе на глубинах более 500 м требует ремонта около 30 % крепи, что осложняет эксплуатацию и безопасность работы ствола. Кроме того, работы по ремонту крепи и армировки ствола, требуют значительного снижения производительности подъема или даже его полной остановки, что отрицательно сказывается на производственной мощности всего горного предприятия.
Повышение первоначальных затрат на проведение ствола связано с тем, что разработанные рекомендации предусматривают для глубоких стволов увеличение толщины крепи, и, как следствие диаметра ствола вчерне, что приводит к дополнительным затратам на проходку ствола и увеличению объема работ по креплению. Незначительное увеличение затрат на армирование связано с рекомендуемым удлинением расстрелов для обеспечения требуемой величины их заделки в крепь, а также несколько увеличенным объемом работ по разделке лунок.
Результаты расчета увеличения объемов работ, связанного с использованием разработанных рекомендаций по проектированию параметров крепи, приведены в таблице. Для расчета толщины крепи по новому варианту проектная толщина крепи
Глубина ствола, м Базовые параметры крепи и объемы работ Рекомендуемые параметры крепи и объемы работ
толщина крепи, мм объем работ, м3 толщина крепи, мм объем работ, м3
по выемке породы по креплению коэфф. кт по выемке породы по креплению
1 2 3 4 5 6 7 8
Диаметр ствола 6 м
200 250 33,2 4,91 1,09 275 33,7 5,42
600 250 33,2 4,91 1,15 290 34,0 5,77
800 250 33,2 4,91 1,17 300 34,1 5,89
1200 250 33,2 4,91 1,22 310 34,4 6,18
200 300 34,2 5,93 1,08 325 34,8 6,50
600 300 34,2 5,93 1,12 340 35,1 6,79
800 300 34,2 5,93 1,15 350 35,3 7,01
1200 300 34,2 5,93 1,20 370 35,6 7,38
200 350 35,2 6,98 1,07 380 35,8 7,58
600 350 35,2 6,98 1,11 395 36,2 7,93
800 350 35,2 6,98 1,14 410 36,5 8,19
1200 350 35,2 6,98 1,18 425 36,8 8,55
200 400 36,3 8,04 1,06 430 36,9 8,64
600 400 36,3 8,04 1,10 450 37,3 9,06
800 400 36,3 8,04 1,12 460 37,5 9,27
1200 400 36,3 8,04 1,15 470 37,9 9,59
Диаметр ствола 7 м
200 250 44,2 5,69 1,09 275 44,7 6,27
600 250 44,2 5,69 1,14 290 45,1 6,60
800 250 44,2 5,69 1,17 300 45,3 6,80
1200 250 44,2 5,69 1,23 315 45,7 7,21
200 300 45,3 6,88 1,08 330 46,0 7,51
600 300 45,3 6,88 1,12 340 46,3 7,84
800 300 45,3 6,88 1,16 355 46,6 8,17
1200 300 45,3 6,88 1,20 370 47,0 8,51
200 350 46,5 8,08 1,07 380 47,2 8,75
600 350 46,5 8,08 1,11 395 47,6 9,14
800 350 46,5 8,08 1,14 405 47,9 9,44
1200 350 46,5 8,08 1,18 420 48,3 9,84
200 400 47,8 9,29 1,06 430 48,4 9,97
600 400 47,8 9,29 1,09 440 48,8 10,32
800 400 47,8 9,29 1,12 455 49,1 10,67
1200 400 47,8 9,29 1,15 470 49,5 11,02
1 2 3 4 5 6 7 8
Диаметр ствола 8 м
200 250 56,7 6,47 1,08 270 57,3 7,06
600 250 56,7 6,47 1,13 285 57,7 7,42
800 250 56,7 6,47 1,18 300 58,0 7,79
1200 250 56,7 6,47 1,23 315 58,4 8,17
200 300 58,1 7,82 1,07 325 58,7 8,44
600 300 58,1 7,82 1,11 335 59,0 8,81
800 300 58,1 7,82 1,16 350 59,5 9,26
1200 300 58,1 7,82 1,20 365 59,9 9,64
200 350 59,4 9,18 1,06 375 60,1 9,82
600 350 59,4 9,18 1,10 390 60,5 10,25
800 350 59,4 9,18 1,14 405 60,9 10,69
1200 350 59,4 9,18 1,18 420 61,4 11,14
200 400 60,8 10,55 1,05 425 61,5 11,18
600 400 60,8 10,55 1,09 440 61,9 11,69
800 400 60,8 10,55 1,12 455 62,3 12,07
1200 400 60,8 10,55 1,15 470 62,7 12,46
умножалась на коэффициент кт, зависящий от глубины и диаметра ствола [1].
Для оценки экономической эффективности предлагаемых технических решений и рекомендаций произведем расчет изменения затрат по новому варианту проходки и крепления ствола по отношению к затратам базового варианта. Относительное увеличение затрат на строительство ствола по новому варианту определится по формуле
V р + у р + V р ;
к ___ пр.р пр креп.р креп арм.р арм ;
стр _ V б р + V б""р + V б р
пр.баз пр креп.баз креп арм.баз арм
где ^пр.р , ^креп.р> ^арм.р — соответст-
венно объемы работ по проходке, креплению и армированию ствола, рассчитанные с учетом разработанных рекомендаций; (/пр.баз Укреп.баз, ^гарм.баз - соответственно объемы работ по проходке, креплению и армированию ствола для базового варианта; Рпр, Ркреп, Рарм - расценки на единицу объема работ соответственно по проходке, креплению и армированию
стволов, принятые для заданной глубины стволов согласно нормам [2].
Относительное увеличение затрат на поддержание (ремонт, перекре-пелние, переармирование) ствола определим, исходя из фактических данных по этим затратам, а также величине ожидаемых затрат, рассчитанных для соответствующих вариантов с учетом принятых рекомендаций по проектированию крепи и армировки:
к _ Сбазкбаз
под _ /-» 1 ’
сркр
где Сбаз, Ср - сметная стоимость строительства ствола соответственно по базовому и рекомендуемому вариантам; Абаз, кр - коэффициенты, учитывающие долю затрат на поддержание ствола от сметной стоимости его строительства, соответственно по базовому и рекомендуемому вариантам. Коэффициент кбаз принят на основании данных ВНИИОМШСа о фактических относительных затратах на поддержание стволов, а коэффициент кр рассчитан, исходя из кбаз и доли
300
600
900
1200
8= 250 мм
8= 300 мм 8= 350 мм
8= 400 мм
Н, м
0
300
600
900
1200 Н,
8= 250 мм 8= 300 мм 8= 350 мм 8= 400 мм
м
0
8= 250 мм 8= 300 мм 8= 350 мм 8= 400 мм
300
600
900
1200 Н, м
Рис. 1. Графики зависимости экономической эффективности предлагаемых решений от глубины ствола при диаметре в свету: а - 6 м; б - 7 м; в - 8 м
0
причин нарушений крепи и армиров-ки в Донбассе, вызванных технологическими погрешностями при креплении стволов [1].
Экономическая эффективность предлагаемых технических решений и рекомендаций определится как относительное снижение суммарных затрат на строительство и поддержание ствола при использовании рекомендуемого варианта по отношению к базовому, т.е.
£ _ Сбаз(1 + кбаз ) _ Сбаз(1 + кбаз) _
Ср(1 + кр) Сбазкстр(1 + кр) .
_ 1 + кбаз
кстр(1 + кр)
Г рафики зависимости экономической эффективности предлагаемых решений от глубины ствола, построенные для разных диаметров стволов и проектных толщин крепи, приведены на рисунке. Как видно из приведенных рисунков, наибольшая эффективность ожидается в глубоких
1. Прокопова М. В. Обоснование параметров крепи и жесткой армировки глубоких вертикальных стволов с учетом фактических отклонений от проекта в процессе проходки: Дисс... канд. техн. наук. - Новочеркасск, 2004. - 139 с.
2. СНиП ^-5-82. Приложение. Сборники единых экономических расценок на
стволах большого диаметра, при этом снижение суммарных затрат на сооружение и поддержание ствола снижается на 12 %.
Для всех рассмотренных глубин, диаметров и проектных толщин крепи применение предлагаемых рекомендаций по проектированию крепи и армировки обеспечивает экономический эффект, который находится в пределах от 5 до 12 %.
расчет затрат на армирование произведен для типовых схем армировки клетевых стволов [3], разработанных Южгипрошахтом:
К1 (Дв = 6 м), К2 (Дв = 7 м) и К4 (Д;в = 8 м)
Таким образом, внедрение предложенных рекомендаций в проектирование позволит снизить суммарные затраты на проходку, крепление, армирование и поддержание ствола на 5-12 % от сметной стоимости строительства в зависимости от глубины, диаметра и толщины крепи.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
строительные конструкции и работы. Сб. 35. Горнопроходческие работы. Кн.1. - М.: Стройиздат, 1983.
3. Типовые материалы для проектирования 401-011-87-89. Сечения и армировка вертикальных стволов с жесткими проводниками /Харьков: Южгипрошахт, 1989. ШИН
— Коротко об авторах-------------------------------------------------------
Прокопов Альберт Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, заместитель директора Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета по образовательной и научной деятельности, доцент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», г. Шахты, Россия,
Прокопова Марина Валентиновна - кандидат технических наук, ст. преп. кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», г. Шахты, Россия.
