Обоснование конструктивных решений стальных копров многофункционального назначения

© Е.Г. Кассихина, 2014

УДК 622.673.2 Е.Г. Кассихина

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ СТАЛЬНЫХ КОПРОВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Обоснован системный подход, разработана методика синтеза и анализа технологических схем сооружения вертикальных стволов с применением формализованного математического моделирования при многокритериальном и векторном способах формирования целей по ресурсосберегающим признакам. Ключевые слова: Сооружение вертикальных стволов по ресурсосберегающим технологиям, многофункциональные стальные укосные копры.

Традиционный способ оснащения и эксплуатации вертикальных стволов заключается в применении уже известных конструктивных схем с использованием стальных копров: временного типового проходческого и постоянного укосного. При этом в общей продолжительности строительства ствола оснащение достигает 30 - 60% времени, в основном из-за большой трудоемкости и длительности монтажа - демонтажа проходческого копра, монтажа постоянного копра и из-за устаревших объемно-планировочных и конструктивных решений копров.

Попытки сократить продолжительность оснащения за счет применения быстромонтируемых проходческих копров не решили проблемы, хотя их разработано более 20 типов

Попытки решить эту проблему за счет приспособления постоянных копров для проходки или наоборот, временных для эксплуатации реализованы неэффективно в силу их конструктивных особенностей.

Анализ календарных графиков выполнения работ показывает, что основным резервом сокращения продол-

жительности строительства стволов является замена временного проходческого и постоянного копров на многофункциональное устройство, пригодное как для проходки, так и для эксплуатации.

В связи с этим, на кафедре «Строительство подземных сооружений и шахт» КузГТУ разработаны методические рекомендации [1] по формированию конструктивных параметров стальных копров многофункционального назначения [2], отвечающих необходимому уровню качества в зависимости от выбранных критериев (например, сокращение трудозатрат, стоимости и сроков строительства).

Вышеупомянутые методические рекомендации отражают суть нового подхода к проектированию копров на основе соединения в одной наземной конструкции постоянного набора элементов, применяющихся на протяжении всего периода строительства и эксплуатации ствола, и сменных блоков, необходимых для обеспечении работы копра на период проходки.

Основными конструктивными элементами копра многофункционального назначения являются сварные рамные конструкции переменного сечения, что позволяет запроектировать

Рис. 1. Копер многофункционального назначения. Модель на период проходки устья и техотхода: 1 - укосина; 2 -центральная трубчатая стойка; 3 - под-шкивная площадка; 4 - кольцевая распорка

Рис. 2. Копер многофункционального назначения. Модель на период проходки протяженной части ствола: а) Вариант с центральной трубчатой стойкой. б) Вариант с центральным порталом: 1 - укосина; 2 - центральная трубчатая стойка; 3, 5 - подшкивные площадки; 4 - кольцевая распорка; 6 - разгрузочный станок

индивидуальную конструкцию копра на основе унифицированной элементной базы на уровне исходных материалов (например, листовая сталь, из которой состоят коробчатые и трубчатые конструкции переменного сечения).

Предложенная на рис. 1, 2, а, 3, а модель принята в качестве базовой и состоит из трех функциональных блоков:

основной несущий блок (см. рис. 1), обеспечивающий функции постоянного подъема: состоит из подшкивно-го устройства, включающего рамную укосину 1 переменного коробчатого сечения, центральную трубчатую стойку 2, постоянные подшкивные площадки 3 и кольцевую распорку 4. Монтируется на этапе оснащения для проходки техотхода сразу же после сооружения оголовка устья и обратной засыпки (с условием готовности фундаментов для копра) и используется на всех этапах строительства и эксплуатации ствола;

временный конструктивный блок (рис. 2, а, 2, б), обеспечивающий функции работы в режиме проходки, состоит из проходческой подшкивной площадки 5 на базе кольцевой распорки 4 и разгрузочного станка 6. Добавляется к подшкив-ному устройству на этапе проходки протяженной части ствола. Для перехода к сооружению горизонтальных выработок временный конструктивный блок демонтируется;

дополнительный конструктивный блок, обеспечивающий функции

Рис. 3. Копер многофункционального назначения: а), б) - варианты на период эксплуатации: 1 - укосина; 2 - центральная трубчатая стойка; 3, 5 - подшкивные площадки; 4 -кольцевая распорка; 7 - станок; 8 - площадка для амортизаторов

работы в режиме эксплуатации, состоит из станка 7 (рис. 3, а, б) и площадки для амортизаторов 8, которая необходима для работы постоянного подъема. Устанавливается после демонтажа временного блока.

После того, как копер был условно разбит на функциональные блоки, появилась возможность отображения процесса его проектирования путем прохождения по графу событий (рис. 4), на котором вектор управляемых переменных включает признаки Х1 ч Х8, формирующие конструктивную форму копра: 0(0Ь О2, О3, О4, 05, 0в, О7, 08), ц) где Х1 + Х8 - характеристики условий для проектирования (климатические и грунтовые условия, сейсмичность района, и т. д.), характеристики, отражающая требования к конструкции копра как к функции постоянного подъема (множество различных топологических схем основной несущей конструкции в зависимости от схемы подъема, разрывного усилия

Н, размещения подъемной установки, диаметра и назначения ствола), условия нагружения на этапе проходки с учетом размещения временного проходческого оборудования относительно ствола и технологических процессов, связанных с проходкой.

В результате получен граф событий, при прохождению по которому от исходной точки ц до конечного узла М конструкция дополняется необходимыми сменными или постоянными блоками, обеспечивающими требуемые функции. Получаемые на каждом пути варианта Е1 проектные решения [3] позволяют увидеть все возможные варианты (см. рис. 1, 2, 3) расположения конструктивных элементов копра с учетом конкретной расчетной ситуации, но на основе унифицированной элементной базы.

Граф событий легко поддается модификации: при необходимости его можно дополнительно развить, например, добавить варианты подбора

о

<3

й о ^ е & Х2 юстоян

& у

1 & Е^ § ё ё

X & е 1

н

5 § и В 1 11 ! 3 1

а Й ё & §

§ ! 1 ! I

9 1 е ¡1 1 ^ ^ £ 1«

Е 1

^ ¡1 т 1 в % а (о вк э 1

от ц т

X е &

Этап эксплуатации

Рис. 4. Граф событий

Этап проходки

Этап эксплуатации

Рис. 5. Граф решений

проходческого оборудования и размещения его в стволе, включить варианты разгрузки горной массы или варианты схем монтажа конструкций.

Далее граф событий преобразовывается в граф решений (рис. 5), который позволяет просчитать оптимальные варианты решений для заданных

Этап проходки

критериев (сокращение трудозатрат, стоимости и сроков строительства) [4]. В результате прохождения по графу в конечном его узле М, сформируется не только конструкция копра и набор необходимого проходческого оборудования, но и оптимальная схема оснащения для сооружения конкретного

ствола с учетом поставленных целей и приоритетов по ресурсосбережению.

Заключение

Представленное техническое решение отражает суть нового подхода к отысканию эффективных конструктивных решений стальных надшахт-

1. Кассихина Е.Г. Обоснование параметров и разработка метода расчета стальных копров многофункционального назначения Методические рекомендации / Е. Г. Кассихина, В. В. Першин, Н. Ф. Косарев. - Кузбасс. гос техн. ун-т- Кемерово 2012. -29 с.

2. Пат. 2120013 С1 (Яи), 6Е 04 Н 12/26. Многофункциональное устройство для проходки и эксплуатации шахтных вертикальных стволов / Е.Г. Касси-

ных копров, позволяющих сформировать множество индивидуальных технических решений, приемлемых для заданных условий проектирования, а также выбрать среди них вариант оснащения, оптимальный с точки зрения ресурсосбережения.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

хина, В. В. Першин. - № 97110900; Заявлено 26.06.97; Опубл. 10.10.98., Бюл. № 28.

3. Першин В. В. Новая концепция проектирования многофункциональных стальных укосных копров / В. В. Першин, Е. Г. Кассихина / Уголь, 2001. - №2. С. 11-14

4. Мушик Э. Методы принятия технических решений / Э. Мушик, П. Мюллер. - М.: Мир, 1990. - 208 с.ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Кассихина Елена Геннадьевна - доцент кафедры СПСиШ, Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева, Горный институт, Кемерово, Россия.

UDC 622.673.2

JUSTIFICATION OF MULTI-PURPOSE STEEL DROP HAMMER DESIGN

Kassikhina E.G., Mining Institute, Gorbachev Kuzbass State Technical University, Kemerovo, Russia

The author proves the system concept and develops the synthesis and analysis procedure for vertical shaft construction process flowsheets using the formalized mathematical model with the multi-criterion and vector methods of target shaping based on resource-saving features.

Key words: resource-saving vertical shaft construction technologies, multifunction steel frame drop hammers.

REFERENCES

1. Kassikhina E.G., Pershin V.V., Kosarev N.F. Obosnovanie parametrov i razrabotka metoda rascheta stal'nykh koprov mnogo-funktsionalnogo naznacheniya (Validation of parameters and development of calculation procedure for multifunction steel drop hammers. Recommended practice). Metodicheskie rekomendatsii Kuzbass. gos tekhn. un-t- Kemerovo, 2012. 29 p.

2. Kassikhina E.G., Pershin V.V. Pat. 2120013 S1 (RU), 6E 04 N 12/26. Mnogofunktsional'noe ustroistvo dlya prokhodki i ekspluatatsii shakhtnykh vertikalnykh stvolov (Multifunction facility for vertical mine shaft sinking and operation). No. 97110900; Zayavleno 26.06.97; Opubl. 10.10.98., Byul. No. 28.

3. Pershin V.V., Kassikhina E.G. Novaya kontseptsiya proektirovaniya mnogofunktsional'nykh stal'nykh ukosnykh koprov (A new design concept for multifunction steel frame drop hammers). Ugol', 2001. no. 2, pp. 11-14.

4. Mushik E., Myuller P. Metody prinyatiya tekhnicheskikh reshenii (Engineering decision making methods). Moscow, Mir, 1990. 208 p.