Прочность закрепленного массива при применении технологии перекрестной гидроструйной цементации

FORECASTING AND ACCIDENT PREVENTION AND ACCIDENT IN THE ORE PROCESSING INDUSTRY

A.G. Danilenko

Based on a system-dynamic modeling of the production system responses to control actions (organizational-methodological, technical and other solutions) is predicting the target security features, depending on the different types of risks (injuries, fatalities, occupational diseases, etc.).

Key words: safety, risk, and mathematical modeling.

Anton Grigorievich Danilenko, postgraduate, antondan@inbox. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 622.232. 522.2

ПРОЧНОСТЬ ЗАКРЕПЛЕННОГО МАССИВА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕКРЕСТНОЙ ГИДРОСТРУЙНОЙ

ЦЕМЕНТАЦИИ

К. А. Головин, И.В. Сапронов

Производиться расчет прочности для традиционной и перекрестной гидроструйной цементации неустойчивых горных пород.

Ключевые слова: перекрещивающиеся струи, прочность, технология, массив.

Основным параметром, показывающимся эффективное закрепление массива, является прочность. Во многих источниках приводиться прочность на одноосное сжатие. Однако представленные в литературе зависимости имеют под собой сложную и зачастую неясную методику расчета, так же нет связи с технологическими параметрами работы установки для закрепления грунта. Решение этой задачи проводилось в ряде экспериментов, целью которых было определение взаимосвязи технологических параметров работы установки, таких как: давление водоцементной смеси (Р), диаметр струеформирующих насадок (ё0), скорость подъема буровой колонны (V), частота вращения буровой колонны (п), коэффициентом сцепления горных пород (с), с прочностью закрепленного грунтобетонного массива. В результате выявлена зависимость (1) [1, 2, 3]

„ 664.35 • P075 • d0083 ^

R = V 0.76 п 0.14 Г 0.34 > Па

V • п • C

Коэффициент вариации экспериментальных данных относительно расчетных данных по новой зависимости составил Квар= 2,34 %, что указы-

133

вает на отличную сходимость данных, поэтому ее можно использовать для дальнейших расчетов.

Зависимость (1) была применена для сравнительного анализа традиционной и перекрестной гидроструйной цементации. Расчетные значения прочности вычислялись для тех же значений режимов работы оборудования, что и в ходе экспериментальных работ, с учетом того, что использовались две насадки направленные под углом друг к другу. Значение параметров работы установки и показатели прочности приведены в табл. 1 [2, 3, 4]. Скорость подъема для всех типов грунтов составила 0,005м/с.

Таблица 1

Расчет прочности для различных видов грунтов

Глинистый грунт

Тип техноло- гии Частота вращения, с-1 Давление, МПа Диаметр насадок, м Коэффи- циент сцепле- ния, МПа Экспериментальная прочность, МПа Расчетная прочность, МПа

Традици- онная 0,167 60 0,002 0,064 4,4 4,5

0,167 60 0,0025 0,064 5,6 5,4

0,167 60 0,003 0,064 6,3 6,3

Перекре- стная 0,167 60 2х0,002 0,064 8,3 8,0

0,167 60 2х0,0025 0,064 9,9 9,7

0,167 60 2х0,003 0,064 11,0 11,3

Песчаный грунт

Традици- онная 0,33 60 0,002 0,006 9,3 9,1

0,33 60 0,0025 0,006 11,4 11,0

0,33 60 0,003 0,006 12,6 12,8

Перекре- стная 0,33 60 2х0,002 0,006 16,8 16,3

0,33 60 2х0,0025 0,006 19,8 19,7

0,33 60 2х0,003 0,006 23,5 22,9

Г равийный грунт

Традици- онная 0,25 60 0,002 0,0023 6,3 6,0

0,25 60 0,0025 0,0023 7,5 7,2

0,25 60 0,003 0,0023 8,1 8,4

Перекре- стная 0,25 60 2х0,002 0,0023 11,1 10,7

0,25 60 2х0,0025 0,0023 12,3 12,9

0,25 60 2х0,003 0,0023 15,5 15,1

В качестве примеров для расчета были выбраны глинистый, гравийный и песчаные грунты. В приведенных таблицах первые три значения показаны для традиционной технологии ГСЦ, а последние три - для перекрестной. Как видим, использование двух насадок расположенных под углом друг к другу и истекающих в одном направлении, дает увеличение прочности массива в среднем в 1,78 раза. Экспериментальные данные пол-

ностью подтвердили полученные в ходе расчета значения, погрешность значений удовлетворительная. При этом уменьшение диаметра закрепленного массива, при угле наклон струй к горизонтальной плоскости в 25 градусов, составляет 1,1 раза, что крайне мало, в сравнении со значительным увеличением прочности массива (рис. 1, 2).

Рис. 1. График сопоставления прочностных параметров закрепленного массива традиционной и перекрестной технологий для глинистого грунта

Рис. 2. График сопоставления прочностных параметров закрепленного массива традиционной и перекрестной технологий, для песчаного грунта

Для получения равной прочности, при использовании перекрестной гидроструйной технологии, достаточно использования давления порядка 32-40 МПа, что является значительным преимуществом с энергетической и экономической точки зрения, в сравнении с традиционной однокомпонентной гидроструйной технологией, которой для достижения тех же значений необходимо применение давления в 60МПа. Сравнительные параметры приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение показателей прочности массива при использовании перекрестной гидроструйной цементации и традиционной гидроструйной цементации

Тип техноло- гии частота вращения, с-1 давление, МПа диаметр насадок, мм коэффициент сцепления, МПа Прочность, МПа

Традици- онная 0,167 60 0,002 0,006 4,5

0,167 60 0,0025 0,006 5,5

0,167 60 0,003 0,006 6,3

Перекре- стная 0,167 32 2х0,002 0,006 5,0

0,167 32 2х0,0025 0,006 6,0

0,167 32 2х0,003 0,006 7,0

Важно отметить следующее, что возможно снижение лишь давления нагнетания раствора, с целью экономии, увеличение скорости подачи или частоты вращения буровой колонны, может привести к тому, водоцементные струи могут не сойтись в точке разрушения, что негативно скажется на всем процессе цементации.

Таким образом, применение перекрестной гидроструйной цементации дает ряд преимуществ с энергетической, и как следствие с экономической точки зрения, что делает ее способной на строительном рынке России.

Список литературы

1. Струйная геотехнология: учебное пособие / Бройд И.И. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. 448 с.

2. Головин К. А.. Обоснование параметров и создание оборудования для гидроструйной цементации неустойчивых пород в горном производстве. Дис. докт. техн. наук. Тула, 2007, 250 с.

3. Копылов А.Б., Коновалов О.В., Сальников В. С., Краткий анализ современного состояния скважинной геотехнологии // Известия тульского государственного университета. Науки о земле. Вып. 1. 2010. С. 189-194.

4. Головин К.А., Ковалев Р.А., Пушкарев А.Е. О применении метода гидроструйной цементации пород в горном деле // Горный журнал. № 6. 2008. С. 60-62.

Головин Константин Александрович, д-р техн. наук, проф.,

kagolovin@inbox. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сапронов Игорь Владимирович, аспирант, Iambo0505@ya.ndex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

SECURING MASS STRENGTH IN APPLYING TECHNOLOGY CROSS

HYDRO-JET-GROUTING

K.A. Golovin, I.V. Sapronov

Strength calculations performed for the traditional water-jet-grouting and cross unstable rocks.

Key words: crisscrossing streams, strength, technique, an array.

Golovin Konstantin Aleksandrovich, doctor of technical science, professor, kagolovin@inbox. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sapronov Igor Vladimirovich, postgraduate, lambo0505@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 622.458

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБТЕКАНИЯ ВНЕШНЕГО ОТВАЛА КАРЬЕРА ВЕТРОВЫМ ПОТОКОМ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В.П. Сафронов, М.С. Лазарев

Разработана математическая модель обтекания внешнего отвала карьера ветровым потоком. В основу математической модели обтекания внешнего отвала карьера ветровым потоком положено нестационарное уравнение Навье-Стокса. На базе математической модели создано программное обеспечение, которое позволило провести вычислительные эксперименты. Установлены закономерности поведения ветрового потока в характерных точках математической сетки, инсценирующей процесс обтеканию отвала карьера ветровым потоком.

Ключевые слова: ветровой поток, циркуляционная зона, обтекание, отвал, карьер, скорость, плотность, динамическое давление.

Карьер - это горное производство, включающее ряд последовательно выполняемых технологических операций, составляющих рабочий цикл, соответствующий принятым проектным решениям. Технологические операции горного производства сопровождаются выбросами пыли и газа.

Технический прогресс в горнодобывающей промышленности вы-