CC BY
51
УДК 622.674.4
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РАССТРЕЛОВ АРМИРОВКИ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
IMPROVE THE CONSTRUCTION BUNTON OF MINE-SHAFT EQUIPMENT
Копытов Александр Иванович,
президент СО АГН , д.т.н., профессор, e-mail: L01BDV@yandex.ru Kopytov Aleksandr I., Dr. Sc. in Engineering, Professor Першин Владимир Викторович, д.т.н., проф. зав. кафедрой, e-mail: LP 1 BDV@yandex.ru Pershin Vladimir V., Dr. Sc. in Engineering, Professor Войтов Михаил Данилович, к.т.н., профессор Voytov Mikhail D., С. Sc. in Engineering, Professor Вети Ахмед Аиманович, аспирант Wety Ahmed A., Postgraduate student
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28
T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650000, Russian Federation
Аннотация: Разработана конструкция расстрела жесткой металлической армировки вертикальных стволов шахт, у которой горизонтальная полка двутавровой балки защищена жестко закрепленным металлическим уголком. Уголок производит гашение кинетической энергии падающих кусков рудной или породной просыпи в стволах со скиповым подъемом, в результате продляется срок службы расстрела. Конструкция может быть использована при армировке вертикальных стволов угольных и горнорудных шахт.
Ключевые слова: вертикальный ствол, жесткая армировка, скиповой подъем, расстрел, горизонтальная полка, защита, металлический уголок.
Abstract: Developed construction bunton shaft equipment, in which the horizontal I-beam shelf is protected by a firmly fixed metallic angle. Angle produces damping the kinetic energy of the falling pieces of ore or rock spile in the shaft skip hoisting, as a result ofprolonged period of bunton of the service. The construction can be used for shaft equipment of the vertical shafts of coal mines and mining.
Keywords: vertical shaft, shaft equipment, skip hoisting, bunton, protection, beam flange, angle
В практике строительства, реконструкции и эксплуатации шахт и рудников наибольшее распространение получила жесткая армировка вертикальных стволов.
В стволах, оборудованных скиповыми подъемами с большой концевой нагрузкой, как правило, применяется металлическая армировка, конструктивно состоящая из расстрелов и проводников.
Расстрелы, в зависимости от их назначения подразделяют на главные, если к ним прикрепляются проводники для направления перемещающихся подъемных сосудов, и вспомогательные, если они предназначаются для монтажа на них лестничного отделения и укрепления различных труб, кабелей и др. [1,2].
Для стволов ограниченных глубины и производственной мощности шахт применяют расстрелы из двутавровых балок, а для стволов больших производственной мощности и глубины - рас-
стрелы коробчатой формы (табл. 1).
Коробчатый профиль имеет ряд преимуществ по сравнению с двутавровым: более высокий момент сопротивления в горизонтальной плоскости при сохранении той же массы профиля, больший крутящий момент, уменьшается влияние коррозии, которая при двутавровом профиле распространяется по всему периметру сечения, а при коробчатом профиле только по наружному контуру.
Расстрелы из двутавровых балок могут быть составными из отрезков различной длины, которая может регулироваться при возможной деформации крепи ствола (рис. 1).
Расстрелы из двутавровых балок и балок коробчатого профиля имеют общий конструктивный признак, а именно наличие верхних и нижних горизонтальных полок (рис. 2 а, б).
В стволах со скиповым подъемом полезных ископаемых наблюдается разрушение верхних полок расстрелов от многократных лобовых уда-
Таблица 1. Профили, размеры и основные показатели балок расстрелов
Профиль проката, размеры сечения h*b><d, мм
Профиль
§ 1—
ЬЙ
<А 3
О ж
О а 2 S
Момент инерции, см4
Момент сопро-тивления, см3
Wr
Wy
Двутавровый, ГОСТ 19425-74:
124 м-240x110x8,2
I 27СА-270х 124x10,5
130М-300х 130x9
Коробчатый:
170x104x10
218x130x12
300x150x14
J-VZZKVZZP
J
38,3 47 50,2
40 60
99
4640 6870 9500
1900 4450
14220
276 366 480
850 2015
4410
387 507 633
223 420
950
50,2 59 73,9
163 310
588
Примечание. h,b,d- высота, ширина и толщина профиля.
А-А
Рис. 1. Составной расстрел с регулируемой длиной Fig. 1. Compound bunion
ров кусков породы, масса которых может достигать 150-200 кг.
В результате постоянного воздействия подобных нагрузок на верхние полки расстрелов, капежа шахтных вод при наличии в воде сульфатных ионов или повышенного значения водородного показателя возможно возникновение коррозии элементов металлической армировки. Интенсивность разрушения стенок расстрелов и проводников из-за коррозии колеблется от 0,03 до 0,16 мм в год. При такой скорости разрушения возникает необходимость за срок службы ствола производить двух- или трехкратную армировку.
Подобные явления наблюдаются в процессе эксплуатации ствола «Скиповой» Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда». Ствол «Скиповой» был пройден с отметки +630 м до отметки гор. +115 м и введен в эксплуатацию в 1982 г. В 2013 г. завершены работы по его углубке до гор. -85 м.
Схема армировки принята с учетом практики эксплуатации ствола «Скиповой» при отработке
вышележащих горизонтов (рис. 3). Сырая руда с подготовленных горизонтов выдается двумя скипами 2СН-20, емкостью 20 м3, а порода двумя породными скипами 2СН-7,5 7 м3.
В качестве расстрелов на основании расчетов принята двутавровая балка 36М [4].
В практике эксплуатации расстрелов двутаврового профиля для защиты верхних горизонтальных полок от локальных ударов могут быть использованы защитные козырьки из упругих разрезных труб, соединенных пружинами, которые прижимают данные защитные козырьки к горизонтальным полкам двутавровой балки расстрела.
Существенными недостатками данных расстрелов являются конструктивная сложность, высокая металлоемкость и возможность разрушения при воздействии ударных нагрузок кусками породы или руды при выпадении из скипов.
С целью упрощения конструкции, снижения металлоемкости и в то же время величины ударной нагрузки, от падающих кусков рудной и породной просыпи разработана конструкция рас-
стрела горизонтальная полка двутавровой балки которого защищена жестко закрепленным металлическим уголком (рис. 4).
Расстрел армировки шахтного ствола содержит балку 1 с горизонтальной полкой 3, на которой жестко закреплен защитный козырек из металлического уголка 5, ребро 6 которого направлено вверх.
Масса расстрела при закреплении на полке 3, балки /, уголка 5 увеличивается незначительно по сравнению с увеличением момента сопротивле-
ния, что исключает разрушение расстрела при точном, но чрезвычайно редком падении куска рудой или породной просыпи на ребро 6 уголка 5.
В большинстве случаев падения кусков породной просыпи на расстрел ударная нагрузка воспринимается наклонными плоскостями уголка 5. При этом происходит не полное гашение кинетической энергии, а уменьшение энергии падения кусков породы, связанное с изменением направления падения. Ударная нагрузка отражения незначительна.
Болт М 24
^ 80 _ 80 40_ 80 _ 80 _ 480
Болт М 20
/Ж\ \ЭУ \зу \ду 1 1 /Ж\ /ж\ \5У Y±7
о ОС УЖЧ \ЗУ \37 I— о
/7К\ /Ж\ \57 \ЗУ
-- /7К\ /ЗЛ /ЗЛ \ЗУ t—
140
75
75
75
65 575
75
75
75
1- —
1-
i-¥
180x10
Рис. 2. Конструкции составных расстрелов Fig. 2 Construction of compound bunton
P
Рис. 3. Схема армировки ствола «Скиповой» Fig. 3 "Skipovoy " shaft
Рис. 4. Новая конструкция расстрела армировки
шахтного ствола Fig. 4 New construction bunton of mine-equipment shafts
24
А.И. Копытов, В. В. Першин, М. Д. Войтов, А. А. Вети
Незначительное конструктивное усложнение расстрела, связанное с установкой и закреплением уголка 5 на полке 3, балки 1 резко повышает срок службы расстрела армировки шахтного ствола [5].
Разработанная конструкция расстрела отно-
сится к жесткой армировке вертикальных стволов шахт может быть использована при строительстве горных предприятий угольной и горнорудной промышленности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Першин, В. В. Строительство и углубка вертикальных стволов шахт / В. В. Першин А. И. Копытов, В. И. Сарычев. - Новосибирск : «Наука», 2014. - 351 с.
2. Першин, В. В. Реконструкция горных предприятий / В. В. Першин А. И. Копытов, В. И. Сарычев. - Новосибирск : «Наука», 2014. - 204 с.
3. Покровский, Н. М. Комплексы подземных горных выработок и сооружений. - Москва : «Недра», 1987.-248 с.
4. Копытов, А. И. Армирование ствола «Скиповой» при реконструкции Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда» / А. И. Копытов, А. О. Куркин. - Кемерово : Вестник КузГТУ, 2014. - № 6. - С. 47-50.
5. Копытов, А. И. Расстрел армировки шахтного ствола / А. И. Копытов, М. Д. Войтов, А. А. Вети / Патент на полезную модель № 155223. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 02.09.2015 г. Опубл. в Б. И., 2015. - № 27.
REFERENCES
1. Pershin, V. V. Stroitel'stvo i uglubka vertikal'nykh stvolov shakht / V. V. Pershin A. I. Kopytov, V. I. Sarychev. - Novosibirsk : «Nauka», 2014. - 351 p.
2. Pershin, V. V. Rekonstruktsiya gornykh predpriyatiy / V. V. Pershin A. I. Kopytov, V. I. Sarychev. -Novosibirsk : «Nauka», 2014. - 204 p.
3. Pokrovskiy, N. M. Kompleksy podzemnykh gornykh vyrabotok i sooruzheniy. - Moskva : «Nedra», 1987.- 248 p
4. Kopytov, A. I. Armirovanie stvola «Skipovoy» pri rekonstruktsii Gorno-Shorskogo filiala ОАО «Ev-razruda» / A. I. Kopytov, A. O. Kurkin. - Kemerovo : Vestnik KuzGTU, 2014. - № 6. - P. 47-50
5. Kopytov, A. I. Rasstrel armirovki shakhtnogo stvola / A. I. Kopytov, M. D. Voytov, A. A. Veti / Patent na poleznuyu model' № 155223. Zaregistrirovano v Gosudarstvennom reestre poleznykh modeley Rossiyskoy Federatsii 02.09.2015 g. Opubl. 2015. -№ 27.
Поступило в редакцию 14.03.2016 Received 14 March 2016
УДК 622.001.5.061.6162.53.082.3.
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МЕХАНИЗАЦИИ ГОРНЫХ РАБОТ С УЧЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА
НА ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ
JUSTIFICATION OF TECHNOLOGY AND MINING MECHANIZATION TAKING INTO ACCOUNT OF THE RESEARCH OF THE STRESSED STATE ON PHISICAL MODELS
Костюк Светлана Георгиевна,
канд. техн. наук, e-mail: kostuksg@rambler.ru
Kostyuk Svetlana G., С.Sc. (Engineering)
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, филиал в г. Прокопьевске, 653033, Россия, Кемеровская область, г. Прокопьевск, ул. Ноградская, 19а T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, Prokopyevsk branch, 19a street Nogradskaya, Prokopyevsk, 653033, Russian Federation
Аннотация: В статье обобщен опыт исследований напряженного состояния массива горных пород на физических моделях, проводимых на протяжении ряда лет в научных и образовательных организациях Кузбасса, в том числе и в филиале КузГТУ в городе Прокопьевске. Показана значимость проведенных исследований для обоснования технологии и механизации горных работ на угольных предприятиях Кузбасса.
Abstract: The article summarizes of the research experience of the rock mass stressed state on physical models, conducted over a number of years in the scientific and educational organizations of Kuzbass, including in KuzSTU branch in Prokopyevsk. The importance of these researches for the study of technology and mechanization of mining operations at the coal enterprises of Kuzbass.
Ключевые слова: массив горных пород, напряженное состояние, моделирование, физическая модель. Keywords: rock mass, stressed state, simulation, physical model
Введение
Технологии отработки крутых и крутонаклонных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения особенно с наличием зон геологических нарушений характеризуется практически полным отсутствием механизации, высокой трудоемкостью, низким уровнем безопасности и значительными потерями угля в недрах.
В этой связи проводилось большое количество научных исследований, направленных на решение указанных проблем.
Однако проведение исследований в натурных условиях сложно из-за дороговизны и длительности экспериментов в различных горногеологических условиях, тем более для обоснования технологии и выбора средств механизации до начала строительства шахт (рудников).
В лабораторных условиях метод моделирования незаменим при исследовании проявлений горного давления в массиве горных пород, так как представляется возможным менять условия эксперимента в широком диапазоне горногеологических и горнотехнических условий [1,2].
Краткий анализ выполненных работ
В работах [3, 4] на основании анализа работы [5] на моделях из эквивалентных материалов (ЭМ) были обоснованы параметры разработки мощных крутых пластов системами с подэтажным обруше-
нием.
Разработанные рекомендации были приняты за основу при планировании горных работ на экспериментальном участке шахты «Киселевская». На основании проведенного моделирования была подана заявка и получен патент на способ отработки мощных крутых угольных пластов [6].
В Прокопьевском филиале КузГТУ успешно проводились исследования при имитации отработки угольного пласта с наличием синклинальной складки [7], в результате чего был получен патент на полезную модель [8]. Предложенное техническое решение дало дальнейшую возможность достоверно моделировать отработку пласта при наличии геологических нарушений.
Предлагаемые решения проблемы
По результатам исследований [2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12] можно заключить, что моделирование горных процессов не только выгодно с точки зрения экономии времени и ресурсов, но и с точки зрения приобретения опыта для создания новых способов и систем разработки полезных ископаемых (обладающих достаточной новизной для оформления заявок на получение патентов), что позволит ещё более эффективно решать задачи управления горным давлением при выемке запасов полезных ископаемых.
