CC BY
39
Method of calculating tunnel lining for parallel underwater tunnels with free crosssection, which using for researching stresses condition of lining for waterproof massif andfor situation of filtration water into massif was proposed. The method is based on analytic solving problem of theory of elasticity about plane with some orifices. There is calculation example at this paper.
Key words: parallel tunnels, arbitrary shape of cross-section, stress condition of lining, water pressure.
Получено 20.04.11
УДК 622.257.15
М.В. Гарипов, асп., (4872)33-31-55,
К.А. Головин, д-р техн. наук, проф., (4872)33-31-55,
A.B. Лежебоков, асп. (4872)33-31-55,
А.П. Назаров, асп., (4872)33-31-55,
М.Ю. Орехов, асп., (4872)33-31-55,
А.Е. Пушкарев, д-р техн. наук, проф., (4872)33-31-55 (Россия, Тула, ТулГУ)
СТЕНДОВАЯ БАЗА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГИДРОСТРУЙНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
Рассмотрена конструкция универсального стенда для изучения технологии гидроструйной цементации неустойчивых горных пород.
Ключевые слова: гидроструйная цементация, горные породы, экспериментальная база.
Для изучения влияния основных действующих факторов на показа -тели процесса взаимодействия высокоскоростных водно - цементрных струй с массивами горных пород была создана экспериментальная база, позволяющая проводить исследования по установлению закономерностей закрепления неустойчивых горных пород методом гидроструйной цементации.
Совершенствование технологий, основанных на использовании высокоскоростных струй в качестве инструмента для обработки горных пород, является на сегодняшний день одним из перспективных направлений развития горного дела [1-3]. Способность высокоскоростных струй осуществлять работу по разрушению горных пород любой крепости, относительная простора организации технологического процесса, при реализации которого на те же струи возлагаются дополнительные функции по насыщению разрушаемого массива связывающими добавками, перемешиванию продуктов разрушения, а также высокая скорость взаимодействия при отсутствии на инструменте реакции со стороны забоя, делает их привлекательными с точки зрения реализации в конструкции исполнительных орга-
нов горных машин для выполнения операций по формированию массивов горных пород с регламентированными физико-механическими свойствами.
Данное обстоятельство послужило причиной того, что в последнее время на рынке строительной техники появилось большое количество машин, использующих технологию гидроструйной цементации горных пород для создания породобетонных конструкций различного назначения. Разработка горного оборудования, обеспечивающего реализацию технологии гидроструйной цементации (ГСЦ) породного массива в подземных условиях позволяет существенно упростить и сделать более безопасными проходческие работы, выполняемые в неустойчивых горных породах, найти более эффективную альтернативу другим известным методам закрепления породных массивов.
Однако для установления эффективных режимов работы оборудования, реализующего технологию гидроструйной цементации, необходимо проведение экспериментальных исследований процесса. Систематизированные экспериментальные данные позволят выдать обоснованные рекомендации для проектно-конструкторских организаций, занимающихся разработкой новой горной и строительной техники.
Техническая характеристика стендовой установки, разработанной коллективом ученых и специалистов ТулГУ, следующая.
Технические характеристики основных элементов экспериментальной установки
Приводной насосный блок
Мощность приводного электродвигателя, кВт 35
Номинальное напряжение, В 380
Давление, номинальное, МПа 25
Производительность, л/мин 30
Рабочая жидкость И-20А
Температура рабочей жидкости, максимальная, °С 70
Коэффициент полезного действия 0,85
Габаритные размеры, мм:
высота
Масса (без рабочей жидкости), кг Водяной насосный блок низкого давления Мощность приводного электродвигателя, кВт Номинальное напряжение, В Давление, МПа Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
1200
600
1200
200
3
380
0,7
длина
ширина
высота
500
200
200
Масса (без рабочей жидкости), кг 25
Преобразователь давления
давление в системе высокого давления. Номинальное, МПа: 50
Производительность, л/мин 5
Коэффициент полезного действия 0,8
Габаритные размеры, мм:
длина 850
ширина 400
высота 650
Масса (безрабочейжидкости), кг 150
Поворотный стол
Мощность приводного электродвигателя, кВт 5
Номинальное напряжение, В 380
Частота вращения, с-1 0,5
Конструктивно преобразователь давления представляет собой агрегат из мультипликатора и гидрораспределителя, монтируемых на общей раме.
Мультипликатор 3 (рисунок) представляет собой гидроцилиндр, состоящий из масляной и водяной камер, разделенных между собой манжетами. Водяная камера или камера высокого давления оснащена всасывающим и нагнетательным клапанами. В свою очередь, нагнетательные клапаны трубопроводами связаны с высоконапорным трубопроводом, в котором происходит смешивание потоков воды, поступающих от правой и левой полостей высокого давления мультипликатора.
Поворотный стол с вращателем 4 (рисунок) служит для расположения на нем емкости с закрепляемым грунтом и ее перемещения относительно струеформирующего инструмента.
Приводной насосный блок 1 (рисунок) предназначен для питания преобразователя давления рабочей жидкостью (гидравлическим маслом) и состоит из установленных на общей раме электродвигателя с воздушным охлаждением, нерегулируемого насоса, маслобака, блока гидрораспределителя, а также, масляного напорного фильтра, предохранительного клапана и соединительных трубопроводов.
Водяной насосный блок 2 (рисунок) низкого давления предназначен для питания рабочей жидкостью (водой) преобразователя давления и представляет собой агрегат из приводного электродвигателя и центробежного водяного насоса общего назначения.
Преобразователь давления предназначен для преобразования низкого давления рабочей жидкости (масла), поступающей от приводного насосного блока, в высокое давление (воды) водоцементного раствора на выходе из преобразователя.
Рис. 1. Стендовая установка: 1 - приводной насосный блок; 2 — водяной насосный блок; 3 — мультипликатор;
4 — поворотный стол
Таким образом, созданная экспериментальная база позволяет исследовать водоструйные технологии с использованием ГСЦ и отрабатывать конструкции технологического инструмента в широком спектре параметров, исследовать проблему создания научных основ обработки горных пород высокоскоростными водоцементными струями, а также разработки буровых ставов горных машин для закрепления породного массива методом ГСЦ, применение которых с учетом выявленных закономерностей формирования закрепленных породных массивов, при рациональных параметрах процесса обеспечивает упрощение и повышение безопасности проходческих работ, проводимых в условиях неустойчивых горных пород.
Список литературы
1. Динник Ю.Н., Крашкин И.С., Мерзляков В.Г. Концепция развития очистного, проходческого, конвейерного и бурового оборудования на период до 2020 г //Горное оборудование и электромеханика. 2006. №2. С. 2 -12.
2. Аксенов В.В. Геовинчестерная технология проведения горных выработок . Кемерово: Изд-во Института угля и углехимии СО РАН. 2004. 264с.
M.V. Garipov, K.A. Golovin, A.B. Lejebokov, A.P. Nazarov, M. U. Orekhov,
A.E. Pushkarev
EXPERIMENTAL STAND FOR RESEARCH JET-GROUTING TECHNOLOGY OF ROCK
Hydro-technology experimental have made stand by Tula state university scientists. Technical parameters and mane view are present.
Keywords: jet-grouting, rocks, experimental stand.
Получено 20.04.11
УДК 624.1
П.В. Деев, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-22-98, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
A.B. Круподеров, канд. физ.-мат. наук, [email protected] (Республика Беларусь, Минск, БГУ)
АНАЛИТИЧЕСКИЙ И ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ: СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Рассматривается напряженное состояние двух квадратных колец, подкрепляющих отверстия в упругой весомой полуплоскости при действии на участке ее границы равномерно распределенной вертикальной нагрузки. Проведено сравнение напряжений на контурах колец, полученных с использованием аналитического метода расчета и численного моделирования методом конечных элементов.
Ключевые слова: обделки тоннелей, моделирование, напряженное состояние, сравнение, аналитический метод, метод конечных элементов
Численное моделирование и аналитические методы расчета широко используются при определении напряженного состояния подземных сооружений различного назначения. Примерам расчета подземных объектов с помощью указанных методов посвящено достаточно много работ, гораздо реже встречаются публикации, в которых приводятся сравнения результатов расчета, полученных с использованием разных методов.
В работе [1] авторы сравнивают напряжения в обделке кругового тоннеля, определенные по методам Мойр - Вуда [2], Кертиса [3] и с помощью метода конечных элементов. Величины напряжений, полученные с помощью разных методов, отличаются в несколько раз, что, учитывая современный уровень развития численных методов, маловероятно. В статье [4] приводятся результаты сравнения зависимостей максимальных напряжений, возникающих в обделке тоннеля некругового поперечного сечения, от толщины обделки и зоны укрепленных пород, полученных с использованием численного моделирования и метода конечных элементов. Поскольку сравниваются только максимальные напряжения, определить качественное различие результатов расчета достаточно сложно.
