О расчете предельно допустимого коррозионного износа балок расстрелов в действующих стволах калийных рудников

УДК 622.674

В.С. Пестрикова, В.В. Тарасов

О РАСЧЕТЕ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОГО

КОРРОЗИОННОГО ИЗНОСА БАЛОК РАССТРЕЛОВ В ДЕЙСТВУЮЩИХ СТВОЛАХ КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ

Приведена краткая характеристика жесткой армировки, применяемой на Верхнекамском месторождении калийных солей. Рассмотрена методическая и нормативная база по расчету жесткой армировки шахтных стволов. Указана необходимость перерасчета армировки стволов в процессе их эксплуатации, с учетом фактических деформационных и жесткостных параметров армировки. Обозначена проблема отсутствия в нормативной базе значения, регламентирующего предельный коррозионный износ элементов. Предложен алгоритм расчета предельного значения износа балок расстрелов в действующих стволах калийных рудников компании ПАО «Уралкалий». Представлены полученные значения предельного износа балок расстрелов по действующим шахтным стволам ПАО «Уралкалий». Обоснована необходимость получения и применения значения предельно допустимого коррозионного износа для эксплуатируемых шахтных стволов.

Ключевые слова: шахтный ствол, жесткая армировка, расстрел, скорость коррозионного износа, жесткость армировки, работоспособность армировки, предельно допустимый коррозионный износ.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-157-160

Шахтный ствол является сложным и дорогостоящим горнотехническим сооружением и занимает важное место в технологической схеме производства калийных удобрений. Эффективность работы всего горнодобывающего предприятия напрямую зависит от надежности работы его шахтных стволов. При этом, одним из показателей надежной и безаварийной работы шахтного ствола служит работоспособность его армировки, которая, как правило, представляет собой сложную, многокомпонентную систему.

На Верхнекамском месторождении получила широкое распространение жесткая армировка шахтных стволов. С точки зрения конструкции, жесткая армиров-

ка представляет собой пространственную стержневую систему, состоящую из горизонтальных балок (расстрелов), на которых закреплены вертикальные проводники. Таким образом, расстрелы, лежащие в одной горизонтальной плоскости и связанные между собой и стенками крепи ствола, образуют ярус. Плоскости ярусов располагаются вертикально относительно друг друга на определенном расстоянии и называются шагом арми-ровки.

Существующее на сегодняшний день «Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников» (к СНиП П-94-80) [1] позволяет при проектировании строя-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 157-160. © В.С. Пестрикова, В.В. Тарасов. 2017.

щихся шахтных стволов обеспечить прочность и динамическую устойчивость системы «подъемный сосуд — армировка» для заданных технических характеристик шахтного подъема.

В общем случае динамическая устойчивость армировки определяется интенсивностью подъема (скоростью и концевой нагрузкой) и фактическими упруго-деформационными, жесткостными параметрами армировки.

Однако, в процессе эксплуатации армировок шахтных стволов калийных рудников происходит неизбежный в условиях агрессивной среды коррозионный и механический износ основных элементов металлоконструкций арми-ровок — направляющих проводников и расстрелов. Вследствие износа элементов армировки изменяются их геометрические характеристики — уменьшается фактическая толщина стенок направляющих проводников и расстрелов, и, как следствие, снижается жесткость всей системы армировки. Это обстоятельство вызывает ухудшение динамических свойств системы «подъемный сосуд — армировка» и, как следствие, снижает ее эксплуатационные возможности.

Своевременная замена износившихся конструктивных элементов армировки (расстрелов и проводников) предотвращает возникновение аварийных ситуаций в стволе, однако значения предельно допустимых износов в действующей нормативной базе определены не для всех элементов армировки.

Так, требованиями п. 415 «Правил безопасности при ведении горных работ» [2] регламентируются предельные износы для различных типов направляющих проводников. Значения предельных значений износа для балок расстрелов в настоящий момент в нормативной базе не регламентированы.

Кроме того, следует учитывать, что определение единого значения предельно

допустимого износа балок расстрелов нерационально независимо от параметров подъема в шахтных стволах.

Поэтому, значения предельно допустимого износа расстрелов рассчитывались для каждого из действующих шахтных стволов калийных рудников ПАО «Уралкалий».

Для определения фактической жесткости системы армировки в действующих шахтных стволах калийных рудников компании ПАО «Уралкалий» были проведены замеры фактических геометрических параметров балок расстрелов. На основании полученных данных была рассчитана их скорость коррозионного износа по формуле (1):

Р =

dH - ^

где бн — номинальное значение толщины стенки расстрела, мм; — значение остаточной толщины стенки расстрела, мм; Т — срок службы армировки ствола, лет.

Далее, для определения предельно допустимого коррозионного износа по методике, изложенной в [1], осуществлялся расчет долговечности армировки, т.е. определялось время, спустя которое, при существующих параметрах шахтного подъема, армировка потеряет свою работоспособность (конечный срок службы армировки). При получении конечного срока службы армировки (Т) по формуле (2) определялся момент инерции балок расстрелов (/2(Т)), при котором система армировки ствола утрачивала свою работоспособность. На основании полученного момента инерции расчетным путем определялась минимально допустимая толщина стенки расстрелов бс(Т) для каждого исследуемого интервала шахтных стволов рудника БКПРУ-2.

^ (т ) = ^

Р *

1

Т

Предельно допустимый коррозионный износ в действующих шахтных стволах калийных рудников ПАО «Уралкалий»

Наименование рудника Номер шахтного ствола Тип рассчитываемого шахтного подъема 8, %

Рудник СКРУ-3 ствол № 1 скиповой 50,7

ствол № 2 клетевой 52

ствол № 3 скиповой 50,8

Рудник БКПРУ-4 ствол № 1 скиповой 41,7

ствол № 2 скиповой 61

ствол № 3 клетевой 50

Рудник СКРУ-2 ствол № 3 клетевой 47,7

ствол № 4 скиповой 47,8

ствол № 5 скиповой 41,9

Рудник БКПРУ-2 ствол № 1 скиповой 40,5

ствол № 2 скиповой 43,3

ствол № 3 клетевой 72

Рудник СКРУ-1 ствол № 2-бис скиповой 61,4

где Iz(T) — момент инерции поперечного сечения изношенного расстрела, м4; Iz — проектный момент инерции поперечного сечения балки расстрела; м4; р — расчетная интенсивность коррозионного износа проводников и расстрелов, м/год; сСс — номинальная толщина стенки профиля балки расстрела, м; T — срок службы (долговечность) элементов армировки, лет.

На основании полученной минимально допустимой толщины стенки расстрела вычислялся предельно допустимый коррозионный износ (8) в процентах относительно номинальной толщины стенки расстрела (с() по формуле (3):

dc - d

dc

По данному алгоритму был рассчитан предельно допустимый коррозионный износ для 13 действующих шахтных стволов на калийных рудниках компании «Уралкалий». Результаты проведенных расчетов приведены в таблице.

Полученные в результате расчетов значения предельного износа позволят службе эксплуатации шахтных стволов осуществлять своевременную замену балок расстрелов, фактический износ которых близок к предельному, что предотвратит возникновение аварийных ситуаций в шахтном стволе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников (к СНиП II-94-80). — М.: Недра, 1989.

2. Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности: утв. приказом Ростехнадзора от 11.12.2013 № 599. ü^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Пестрикова Варвара Сергеевна1 — ведущий инженер, e-mail: Pestrikova.Varvara@gallu rgy.ru, Тарасов Владислав Викторович1 — зав. лабораторией, e-mail: tarasov@gallurgy.ru, 1 АО «ВНИИ Галургии»,

научно-исследовательская горная лаборатория.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 157-160.

UDC 622.674

V.S. Pestrikova, V.V. Tarasov

CALCULATING MAXIMUM PERMISSIBLE CORROSIVE WEAR OF BUTTON BEAMS IN OPERATING SHAFTS IN POTASSIUM MINES

The paper specifies a short description of rigid equipment applied in Verkhnekamskoye potash salt deposit. A procedural and regulatory framework on estimation of the rigid equipment of the mine shafts has been considered. The paper indicates on necessity to reassess shaft equipment in the operation process, considering actual deformation and stiffening parameters of the equipment. A problem has been specified concerning a lack of the value in the regulatory framework, which regulates maximum corrosion wear of the elements. The paper offers an algorithm for estimating maximum value of the bunton beams wear in the active shafts of the potash mines of «Uralkali» PJSC. The obtained values of the maximum bunton beams wear on the active mine shafts of «Uralkali» PJSC have been presented. Necessity to obtain and apply the value of maximum allowable corrosion wear for the operated mine shafts has been validated.

Key words: mine shaft, rigid equipment, bunton, corrosion wear rate, equipment rigidity, equipment efficiency, maximum allowable corrosion wear.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-157-160

AUTHORS

Pestrikova V.S.1, Leading Engineer, e-mail: Pestrikova.Varvara@gallurgy.ru, Tarasov V.V.1, Head of Laboratory, e-mail: tarasov@gallurgy.ru,

1 Joint Stock Company «VNII Galurgii», Research Mining Laboratory, 614002, Perm, Russia.

REFERENCES

1. Posobie po proektirovaniyu i montazhu zhestkoi armirovki vertikal'nykh stvolov shakht i rudnikov (kSNiP II-94—80) (Manual on design and installation of the rigid equipment for vertical mine shafts (to SNiP 11-94—80)), Moscow, Nedra, 1989.

2. Pravila bezopasnosti pri vedenii gornykh rabot i pererabotke tverdykh poleznykh iskopaemykh: Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoi bezopasnosti (Safety rules by mining operations performance and solid minerals processing: Federal norms and regulations in the sphere of industrial

safety).

&_