CC BY
19
© А.А. Наумов, 2014
УДК 536:24:622:413 А.А. Наумов
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЁГКИХ БЕТОНОВ В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ КРЕПИ
Рассмотрены современные проблемы крепления горных выработок рудников Севера, связанные с увеличением необходимого объема воздуха, подаваемого в рудники для проветривания и эксплуатации рудников при естественном тепловом режиме. Проведена оценка с учётом дополнительных факторов, связанных с большим уалением рудников от места производства лёгких наполнителей. Также решена обратная задача, позволяющая определить значения затрат на нанесение крепи при которых использование лёгких наполнителей будет целесообразно Построены номограммы, которые позволяют оперативно определить область эффективного использования легких бетонов в зависимости от цены теплоизоляционного наполнителя. Ключевые слова: лёгкий бетон, набрызг-бетонная крепь, теплозащитная крепь, рудники Севера, естественный тепловой режим, устойчивость горных выработок, мёрзлые породы, экономическая эффективность, методика расчета.
В настоящее время ведётся активное проектирование и строительство золотодобывающих рудников Севера, которые предполагается использовать без регулирования теплового режима, что повышает требования к креплению горных выработок. Использование большого количества техники с дизельными двигателями в современных рудниках приводит к значительному увеличению расходов воздуха на проветривание, а также характерной особенностью естественного теплового режима шахт области вечной мерзлоты являются значительные колебания температуры воздуха в течение всего времени по всей цепи выработок, что значительно усложняет расчёт параметров крепи.
Известно, что для многих практически значимых случаев давление на крепь в горных выработках, пройденных в мёрзлых породах, обусловлено нагрузками, вызванными изменением температурного поля горных пород. Теплозащитные покрытия, используемые в подземных сооружениях, выполняют различные функции, исходя из которых и выбирают их оптимальные параметры [1].
Обычно, для повышения устойчивости оттаивающих горных пород вокруг горных выработок криолитозоны, применяют пенополиуретановые (пенопластовые) покрытия, набрызг-бетонную крепь с воздушным слоем [3, 4, 5]. Также может быть использована теплозащитная набрызг-бетонная крепь.
Положительные стороны набрызг-бетонных теплозащитных покрытий не вызывают сомнений. Во-первых, они уменьшают глубину протаивания окружающих пород выработок, эксплуатирующихся в знакопеременном или положительном тепловом режимах, уменьшая тем самым нагрузку на крепь - покрытие, что позволяет уменьшить ее толщину и, следовательно, расход материалов. Уменьшается до одного число циклов замораживания-оттаивания, которым подвергаются породы в течение года. Во-вторых, при хорошей адгезии теплозащитного на-брызг-бетона к горной породе будет образовываться единая система порода — теплозащитная крепь по аналогии с на-брызг-бетонной крепью со всеми присущими ей положительными свойствами повышенной несущей способности [2].
Для определения область рационального использования на-брызг-бетонной теплозащитной крепи с позиции минимизации затрат на крепление, существует укрупненная экономико-математическая модель, которая позволяет ответить на главный вопрос: что эффективнее, использовать для крепления более дорогой легкий бетон или традиционный набрызг-бетон, но большой толщины. Данная методика позволяет при известной стоимости легкого наполнителя определить эффективность использования теплозащитных бетонов в горных выработках рудников Севера [6].
Т.к. золоторудные месторождения достаточно удалены от мест производства лёгких наполнителей, для теплозащитной крепи, необходимо учитывать стоимость доставки материалов. Так, основываясь на стоимость компонентов, затратах на нанесение крепи, а также необходимых затратах на транспортировку можно построить номограмму для определения эффективности использования лёгких бетонов в качестве теплозащитной крепи (рис. 1).
В левом квадранте по оси абсцисс отложено отношение плотности тяжелого(р1) и легкого(р2) бетонов. В правом квадранте по оси абсцисс отложено значение стоимости нанесения одного кубического метра бетона в тысячах рублей (руб./м3).
Рис. 1. Номограмма для определения области эффективного применения теплозащитной крепи из легкого набрызг-бетона
Штриховой линией показан ключ к номограмме. Если результат, полученный по номограмме, лежит слева по оси, то применение легкого бетона в качестве крепи экономически оправдано, если справа - нет. Штриховкой выделена область отношения плотностей, характерная для легких бетонов. Из номограммы видно, что использование лёгких наполнителей целесообразно как вблизи от их места производства(выделено красным цветам на номограмме), так и на достаточно большом (3000 км) удалении.
Также на основе данной методики можно решить обратную задачу. Так задаваясь необходимыми характеристиками крепи можно определить значения затрат на нанесение крепи при которых использование лёгких наполнителей будет целесообразно. Из номограммы (рис. 2.) видно, что при стоимости нанесения свыше 349 руб./м3 применение лёгкого бетона в качестве теплозащитной крепи экономически оправдано.
Таким образом, из построенных номограмм, видно, что при современных уровнях затрат на возведение крепи(750-2150 руб./м3), стоимости лёгких наполнителей(Азерит — 1700 руб/м3, Вермикулит - 3500 руб/м3) и учёте средней стоимости транспортировки сыпучих грузов 0,7руб/(км-м3)) использование лёгких бетонов в качестве теплозащитной экономически оправданно. А на основе данной методики можно провести многофакторный анализ области эффективного использования теплозащитной крепи как по заданным экономическим параметрам, так и по необходимым параметрам теплозащитной крепи.
Отиишскис плотнеете!! бетонов
Стоимость нанесгннн легкого бетона
Рис. 2. Номограмма для определения минимальной, экономически оправданной, стоимости нанесения теплозащитной крепи из легкого набрызг-бетона
1. Галкин А.Ф., Киселев В.В., Курилко A.C. Набрызгбетонная теплозащитная крепь - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1992. - 164 с.
2. Курилко A.C. Применение набрызг-бетонных теплозащитных покрыггий в условиях криолитозоны — Горная книга (Москва), Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2005. С. 147152.
3. Скуба В.Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты. - Новосибирск: Наука, 1974. — 118 с.
4. Шувалов Ю.В. Регулирование теплового режима шахт и рудников Севера. — Л.: ЛГУ, 1988. - 196 с
5. Соколенко Д.Н., Пахтусов М.Ю. Опыгг применения изолирующих материалов для решения вопросов управления вентиляцией и газовым режимом на угольных шахтах./«Аэрология и безопасность горнык предприятий» Сборник научных трудов. Выпуск 1. — М.: Горное дело, 2013. С.74-77.
6. Галкин А. Ф. Тепловой режим подземный сооружений Севера - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 304 с. н'.иа
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Наумов Андрей Андреевич — аспирант, [email protected], Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ASSESSMENT OF ECONOMIC EFFICIENCY OF USING LIGHT CONCRETE AS HEAT-SHIELDING WALLING
Naumov A.A., Post-graduate Student, National Mineral Resources University, [email protected].
In work modern problems of working walling of mines at the North mines connected with increase of air volume, given to mines for airing and operation of mines at a natural thermal mode. During the warm period of year it leads to drop of rocks stability. For increase of rocks stability is offered to use the light concrete brought with a mode dry plaster base. For definition area of rational use shotcrete heat-shielding walling from a position of expenses minimization for fastening, there is an integrated economic-mathematical model which allows to answer the main issue: that is more effective, to use for fastening more expensive light concrete or traditional shotcrete, but big thickness. The method is based on comparison of expenses for creation of a layer of the set thermal resistance by light and usual shotcrete. In this work the assessment taking into account the additional factors connected with a big removing of mines from place of easy fillers production is carried out. The return task, allowing to define values of expenses for drawing is also solved fix at which use of easy fillers will be expedient. Nomograms which allow to define quickly area of effective use of light concrete depending on the price of a heat-insulating filler are constructed.
Key word: light concrete, shotcrete walling, heat-protective walling, North mines, natural thermal conditions, opening strength, frozen rock, economic efficiency, calculation procedure.
REFERENCES
1. Galkin A.F., Kiselev V.V., Kurilko A.S. Nabryzgbetonnaya teplozashhitnaya krep -YAkutsk: YANTS SO RAN, 1992, 164 p.
2. Kurilko A.S. Primenenie nabryzg-betonnykh teplozashhitnykh pokrytij v usloviyakh kriolitozony — Gornaya kniga (Moskva), Gornyj informatsionno-analiticheskij byulleten' (nauchno-tekhnicheskij zhurnal), 2005, pp. 147-152.
3. Skuba V.N. Issledovanie ustojchivosti gornyh vyrabotok v uslovijah mnogoletnej merzloty. Novosibirsk: Nauka, 1974, 118 p.
4. Shuvalov Ju.V. Regulirovanie teplovogo rezhima shaht i rudnikov Severa. Leningrad, LGU, 1988, 196 p.
5. Sokolenko D.N., Pahtusov M.Ju. Opyt primenenija izolirujushhih materialov dlja reshenija voprosov upravlenija ventiljaciej i gazovym rezhimom na ugol'nyh shahtah./«Ajerologija i bezopasnost' gornyh predprijatij» Sbornik nauchnyh trudov. Vol 1, Moscow, Gornoe delo, 2013, pp.74-77.
6. Galkin A.F. Teplovoj rezhim podzemnyh sooruzhenij Severa. Novosibirsk, Nauka, 2000, 304 p.
