CC BY
24
© В.В. Лобанов, Е.В. Целлер, Ю.В. Мищенко, М.К. Сороченко,
2005
УДК 622.272
В.В. Лобанов, Е.В. Целлер, Ю.В. Мищенко,
М.К. Сороченко
ОБОСНОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОЕКТНОГО КРЕПЛЕНИЯ ВОДООТЛИВНОЙ ШТОЛЬНИ ПРИ «СУХОЙ» КОНСЕРВАЦИИ КАРЬЕРА «МИР»
Семинар № 13
~П настоящее время завершается реали--Ш-З зация проекта консервации карьера «Мир» разработанного НТЦ «НОВОТЭК» [1] по рекомендациям института «Якутнипроал-маз» и согласованного в Госгортехнадзоре РФ.
Проектная схема консервации карьера представлена на рис. 1.
Консервацию карьера производят путем формирования на его дне техногенного трехслойного массива мощностью 50 м. Нижний слой толщиной 30 м отсыпан из грубообломочных крепких долеритов и характеризуется как слой с ураганной проницаемостью. На этот слой на суглинистой подушке уложена непроницаемая пленка толщиной 2 мм, способная выдерживать в течение длительного времени значительные растягивающие нагрузки и не
терять свойства в рассолах с отрицательной температурой. На пленку, укрытую суглинком, отсыпают глинистые вскрышные породы.
Трудности с длительным поддержанием в рабочем состоянии транспортной бермы карьера, необходимой для обслуживания забойного карьерного водоотлива, обусловили сооружении заглубленного водоотлива, представляющего собой наклонную водоотводящую штольню (рис. 1), проходимую с отметки поверхности техногенного слоя. Откачку воды из этой штольни будут осуществлять погружными насосами, установленными в специальные сква-
Рис. 1. Проектная схема консервации карьера трубки «Мир» и защиты рудника «Мир» от дренажных вод
жины большого диаметра, пробуренными в во-
доприемную камеру, сооруженную в конце штольни. Запуск в эксплуатацию заглубленного водоотлива намечен в 2004 году.
Проектом предусматривали использовать для крепления штольни железобетонную крепь, но уже первые наблюдения за состоянием бетонных затяжек показали, что агрессивная сероводородонасыщенная среда с минерализацией подземных рассолов 100-120 г/л приводит к ускоренному разрушению железобетона. Это ставит под угрозу функционирование системы заглубленного водоотлива при разрушении выработки, которую предполагают эксплуатировать в течение 15-20 лет.
В качестве возможной альтернативы предложено использовать деревянный материал -лиственницу. Опыт использования лиственницы в качестве коррозионностойкого материала в агрессивных водных средах широко известен в мире. Например, эффективное использование лиственницы в качестве фундаментного материала в сооружениях Венеции, Санкт-Петербурга, который до настоящего времени не потерял своей функциональной предназначенности и работоспособности.
В данной работе приведены результаты опытных исследований по обоснованию замены железобетонного крепления на лиственничное. В соответствии с приведенными выше аргументами предполагалось, что пребывание лиственницы в рассоле без доступа кислорода приведет к повышению устойчивости этого материала к агрессивной среде, а также увеличит его прочностные характеристики.
Методика проведения исследований заключалась в следующем. Вначале испытывались образцы затяжек в сухом состоянии. Схема опыта представлена на фото 1.
В опыте моделировалось поведение затяжки стандартных размеров толщиной 40 и 50 мм, опирающейся концами на соседние рамы, расположенные на стандартном расстоянии одна от другой. На самое уязвимое место затяжки -
Фото 1
ее середину, действует острая грань (в опыте -металлический уголок), имитирующая разрушающее воздействие грани горной породы. На испытываемый образец прессом задается непрерывно нарастающее давление. В процессе опыта фиксируется время от начала действия давления, показания манометра пресса, величина прогиба затяжки в точке давления, а также характерные моменты реакции затяжки на нагрузку (треск и т.п.).
Из каждой исходной доски нарезались две затяжки, одна из них испытывалась сразу же, другая - после замачивания в перекач-ном зумпфе водоотливной штольни. Для сравнения испытывались железобетонные и деревянные затяжки в сухом состоянии. Манометр на прессе фиксировал нагрузку, выдерживаемую испытываемым материалом.
Характерная реакция железобетонных и деревянных затяжек на задаваемое давление представлена на рис. 2 и 3 в сопоставимом
Рис.2. Развитие деформации ж/б затяжки во времени
Рис. 3. Развитие деформации деревянной (сухой) затяжки во времени
масштабе.
Как видно из рисунков, реакция затяжек на задаваемое давление различна. На начальном этапе бетонная затяжка в течение 100-120 секунд не прогибалась (интервал жесткого поведения), в то время как деревянная сразу реагировала величиной прогиба. Различна и динамика давления. Для железобетонной затяжки рост давлений нестабилен в отличие от деревянной. Также отличны максимальные достигнутые давления (500 кг и 2600 кг), после которых произошло разрушение материала. Начало разрушения фиксировалось по появлению треска, после которого давление, фиксируемое манометром на прессе, начинало падать при продолжении роста величины прогиба.
После замачивания деревянных затяжек в природном рассоле в течение семи месяцев половина их испытана по указанной выше методике. Поведение деревянной затяжки после замачивания показано на рис.4 (образец взят из той же доски, что и затяжка, поведение которой представлено на рис. 3). Анализ рис. 3 и 4 показывает, что пребывание опытного
образца в рассоле существенно улучшило его прочностные свойства. Так, разрушающее давление выросло с 2600 до 2800 кг, время начала разрушения сдвинулось с 280 до 400 с,
на графике прогиба с 9 до 100 с увеличился интервал жесткого поведения образца.
Основные результаты опытных работ приведены в таблице.
№ п/п №№ образ- цов Материал образца Состояние образца Результаты испытаний Примеча- ние
Характеристика разрушающей нагрузки Время жесткого поведения образца , с
Давление, кг Время начала разрушения, с Величина прогиба на момент разрушения, мм
1 1 ж/б сухое 460 340 13 117
2 2 ж/б сухое 600 190 10 142
3 3 ж/б сухое 460 155 14 42
4 I дерево сухое 2960 255 17 48
5 II дерево сухое 2580 290 15 9
6 III дерево сухое 2180 153 20 0 Толщина 40 мм
7 IV дерево сухое 1700 97 8 39 Толщина 40 мм
8 I (м) дерево замочен 2950 420 22 75
9 II (м) дерево замочен 2750 395 11 102
10 III (м) дерево замочен 1960 225 13 6 Толщина 40 мм
11 IV (м) дерево замочен 1800 142 10 6 Толщина 40 мм
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
50
45
40
35
30 § 25 $
100 200 300 400 500 600 700
время, сек
I 1000
300 400
время, сек
50
45
40
35
30 |
25 §
20 !
15
10
5
0
20
15
10
5
0
0
3000
2500
2000
1500
500
0
0
200
600
700
Если рассматривать в качестве комплексного показателя изменения состояния испытываемого материала произведение величины разрушающей нагрузки на время от начала нагружения образцов до начала их разрушения, то сопоставление состояния образцов показывает, что прочность образца I после замачивания увеличилась на 64 %, II - на 45 %, III - на 32 %, IV - на 55 %.
Важной рекомендацией, учитывающей результаты исследований, является изменение проектного режима эксплуатации штольни. Предлагается эксплуатировать штольню в полностью затопленном состоянии, регулируя расход откачки рассолов из штольни, что позволит повысить механическую устойчивость крепления и коррозионную стойкость. Последнее более важно для железных арок, на которые опираются затяжки. Опыт эксплуатации системы водоотлива карьера "Мир" показал, что неопорож-няемые трубы водоводов служили значительно дольше, чем те, которые периодически опорожняли. Опорожнение труб приводило к
Рис. 4. Развитие дедормации деревянной затяжки после замачивания во времени
окислению налета на их стенках, превращению его в порошкообразную массу и удалению со стенки. Это приводило к новой повышенной коррозии труб.
Проведенные исследования показывают реальность прогнозируемого увеличения прочностных характеристик деревянных затяжек после их нахождения в рассоле. Для получения временных характеристик увеличения прочности затяжек запланировано испытание оставшихся замоченных затяжек в перекачном зумпфе через полгода после нынешнего этапа испытания.
В качестве более широкой реализации результатов опытов планируется обосновать применение деревянного крепления на всех подземных рудниках АК «АЛРОСА», где возможно агрессивное влияние дренажных рассолов на крепь. Для этого планируется проведение аналогичных испытаний затяжек из лиственницы после замачивания их в более агрессивной среде хлоркальциевых рассолов, характерных для рудников северной площадки и для глубоких горизонтов рудников «Мир» и «Интернациональный».
Помимо ожидаемого повышения коррозионной стойкости крепления укажем на существенное сокращение стоимости такого крепления. Так, для водоотливной штольни длиной 500 м планируемое сокращение стоимости за счет ликвидации затрат на транспортировку составляющих и приготовление железобетонных плит составляет 89,0 млн руб. в текущих ценах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АК «АЛРОСА». Подземный рудник «Мир». Сухая консервация карьера. Рабочая документация. НТЦ «НОВО-
ТЭК», Гензель Г.Н., Якушенко М.В., г. Белгород, 2001 г.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------------
Лобанов Виктор Владимирович, Целлер Елена Витальевна, Мищенко Юлия Вадимовна, Соро-ченко Максим Константинович — институт «Якутнипроалмаз».
Филатов Александр Павлович — кандидат технических наук, АК «АЛРОСА».
