Анализ распределения четырёхслойной чугунно-бетонной крепи по глубине шахтного ствола

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ

УДК 622.281.4:622.251.6

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧЕТЫРЁХСЛОЙНОЙ ЧУГУННО-БЕТОННОЙ КРЕПИ ПО ГЛУБИНЕ ШАХТНОГО

СТВОЛА

Н.С. Булычёв, Д.С. Комаров

Проведён анализ возможного крепления вертикального шахтного ствола на калийном месторождении с помощью четырёхслойной чугунно-бетонной крепи. Проанализированы динамика роста давления на внешнюю поверхность конструкции, предложены оптимальные решения по геометрии крепи.

Ключевые слова: Верхнекамское месторождение, ствол, чугунно-бетонная крепь, давление, оптимальная геометрия.

Наиболее оптимальным способом крепления вертикальных шахтных стволов на калийных рудниках является четырёхслойная чугунно -бетонная крепь. Данное конструкционное решение хорошо зарекомендовало себя на многих горнорудных комплексах как в России, так и за её пределами. Основными преимуществами данной крепи являются:

- высокая несущая способность четырёхслойной конструкции, которая обеспечивает необходимый эксплуатационный запас прочности;

- геометрия и механические характеристики крепи,которые позволяют эксплуатировать её без капитального ремонта очень долгое время (порядка 30-40 лет) при соблюдении всех норм при проектировании и строительстве инженерного сооружения.

Приведённые выше положения указывают на целесообразность применения крепи данного вида для крепления капитальных магистральных горных выработок, в частности, вертикальных шахтных стволовна калийных месторождениях.

Кроме вышеуказанных положений, четырехслойная крепь обладает ещё рядом преимуществ: высокой степенью гидроизоляции, что очень важно для данных условий, так как Верхнекамское месторождение харак-

теризуется высокой обводнённостью пород надсоляной толщи. Пример расчёта предельных нагрузок на внутреннем контуре чугунных тюбингов представлен в таблице.

Распределение типов чугунных тюбингов по глубине ствола

Глубина залегания, м Тип тюбинговой крепи Марка бетона Толщина бетона, м Марка чугуна Напряжения, МПа

В рёбрах, внешний и внутренний контуры В спинке, внешний и внутренний контуры

40.00 8.0-30 24,76 23,88 12,16 12,07

80.00 8.0-30 49,53 47,77 24,32 24,14

120.0 8.0-30 59,92 57,79 29,60 29,39

160.0 8.0-30 82,42 79,50 40,67 40,38

200.0 8.0-30 111,33 107,38 55,62 55,22

240.0 8.0-30 133,60 128,86 66,74 66,27

280.0 8.0-30 289,85 279,56 145,13 144,09

280.0 8.0-60 185,95 179,35 99,15 97,76

320.0 8.0-60 212,51 204,97 113,32 111,73

320.0 8.0-80 188,30 181,20 97,55 95,74

360.0 8.0-80 211,84 203,85 109,74 107,71

360.0 8.0-100 В 40 192,78 184,65 96,92 94,71

400.0 8.0-100 214,20 205,17 107,69 105,23

280.0 8.0-30 289,14 278,88 144,67 143,64

280.0 8.0-60 185,10 178,53 98,61 97,23

320.0 8.0-60 187,51 180,85 99,89 98,49

360.0 8.0-60 0,625 216,35 208,67 115,26 113,64

360.0 8.0-80 168,63 162,27 91,90 90,20

400.0 8.0-80 187,37 180,30 102,11 100,22

440.0 8.0-80 206,11 198,33 112,32 110,24

480.0 8.0-100 180,83 173,21 99,77 97,49

520.0 8.0-100 185,01 177,22 102,08 99,75

560.0 8.0-100 199,25 190,85 109,93 107,43

600.0 8.0-100 В60 203,03 194,48 111,88 109,34

640.0 8.0-100 В60 Сч20 219,23 209,99 120,81 118,06

680.0 8.0-100 В60 Сч25 239,99 229,88 132,25 129,24

720.0 8.0-100 В60 Сч30 254,10 243,40 140,03 136,84

760.0 8.0-100 В60 Сч30 268,22 256,92 147,81 144,44

()- значения напряжений в соляных породах, полученные при применении метода кажущегося уменьшения модуля Юнга соляных пород ( Е принимается в данном случае равным 100МПа), что приводит к резкому повышению давления в слоях многослойной крепи и, как следствие, уменьшению её несущей способности.

()- значения, находящиеся в пределе математической погрешности ( не более 5% от величины предельного сопротивления материала крепи сжатию).

()- значения, которые превышают предел прочности для данного материала крепи.

Расчёты искомых параметров крепи произведены с помощью программы, написанной на языке программирования DELPHI. В качестве исходных данных вводятся геометрические и механические характеристики крепи и её материала, а также необходимые параметры, характеризующие

массив пород в данной контрольной точке (такие параметры, как коэффициент Пуассона, удельный вес и коэффициент бокового распора).

Распределение тюбингов по глубине ствола иллюстрируется с помощью круговой диаграммы из среды МБЕхее!

Приведённая таблица показывает, что в надсоляных породах достаточно применения тюбинга класса 8.0-30 и стандартной геометрии бетона. В соляной же толще наблюдается резкий рост давления на крепь и на предельной глубине данного исследования применяются тюбинги класса 8.0100 уже из чугуна марки Сч30, т.е. с глубины 280 и до 760 метров давление возросло более чем в два раза, что говорит об увеличении проявления реологических свойств массивом соляных пород. Распределение видов четы-рёхслойной крепи представлено в виде круговой диаграммы на рисунке.

Распределение видов чугунных тюбингов в четырёхслойной (чугунно-бетонной) крепи шахтного свола по глубине

Распределение видов чугуных тюбингов в четырёхслойной (чугунно-бетонной) крепи шахтного ствола по глубине

Диаграмма наглядно иллюстрирует долю применения тюбингов каждый марки от их общего количества в процентах. Видно, что наибольшее применение нашли тюбинги марок 8,0-100 на больших глубинах в соляных породах и марки 8,0-30 , с помощью которых было закреплено все надсоляное пространство. Распределение, полученное в результате решения поставленной задачи в данных условиях может быть пересмотрено, а результаты могут отличаться от имеющихся, если вместо обычного бетона будет использоваться бетоны с металлической или полимерными фибрами. Также на несущую способность повлияет замена стандартного серого чугуна на высокопрочный, со специальными присадками. Предел прочности на сжатие тюбинга из такого материала значительно повысится, что приведёт к применение более лёгких тюбингов, и, как следствие, уменьшение позиций в номенклатуре необходимых конструкционных решений.

Список литературы

1. Булычёв Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1982.

271с.

2. Булычёв Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах. М.: Недра. 1989. 269с.

3. Булычёв Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчёт крепи капитальных выработок. М.: Недра,1986. 287с.

4. Варвак П.М, Рябов А.Ф.Справочник по теории упругости. Киев: Будiвельник, 1971. 419с.

5. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей: монография. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001.429 с.

6. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1953. 788с.

7. Разработка соляных месторождений: сборник статей конференции. Пермь: ВНИИИГ,1989.

7. Соловьёв В.А. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках верхнекамского калийного месторождения. Пермь: ВНИИИГ, 1992.

8. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. М.: Недра, 1985. 271с.

9. Технология разработки калийных месторождений. Сборник статей конференции. Пермь: ВНИИИГ,1991.

10. Условия образования месторождений калийных солей. Сборник статей конференции. Пермь: ВНИИИГ, 1988.

Булычёв Николай Спиридонович, д-р техн. наук, проф., denkom87@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Комаров Денис Сергеевич, аспирант, denkom8 7@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYZING FOUR-LAYER IRON- CONCRETE LINING DISTRIBUTION

BY MINING SHAFT DEPTH

N.S. Bulichev, D.S. Komarov

Analyzing timbering vertical mining shaft possible by four-layer iron- concrete lining at the potassium deposit was made.Increasing pressure upon external surface dynamic was analyzed and optimal solving by lining geometry was proposed.

Key words:Verkhnekamskydeposit, shaft, iron-concrete lining, pressure, optimal geometry.

Bulychev Nikolay Spiridonovich, doctor of technical sciences, professor, denkom87@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Komarov Denis Sergeevich, postgraduate, denkom87@mail.ru, Russia,Tula, Tula State University

УДК 622.831

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЗОПАСНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖДУКАМЕРНЫХ ЦЕЛИКОВ НА РУДНИКАХ ЗАО «ЭЛЬКОНСКИЙ ГМК»

А.Д. Куранов, Д.В. Сидоров, А.В. Сучилин

Приведена методика расчета безопасных параметров междукамерных целиков для систем разработки подэтажными штреками применительно к рудникам Эль-конского уранового рудного района. Расчеты выполнены с применением численного моделирования методом конечных элементов.

Ключевые слова: целик, устойчивость, добыча урана, система разработка подэтажными штреками.

Эльконский урановый регион находится в северо-восточной части Алданского района Республики Саха (Якутия). В настоящее время месторождения ЭГОК разрабатываются двумя способами: системами разработки подэтажными штреками и слоевыми системами с закладкой. С позиций геомеханики и перспектив обеспечения устойчивости первый способ сопряжен с большими сложностями, поэтому задача исследования напряженного состояния междукамерных целиков и обеспечения их устойчивости является актуальной. На рис. 1 приведена схема систем разработки подэтажными штреками.

Сложные горнотехнические условия, связанные с удароопасностью месторождения, требуют особого подхода к определению безопасных параметров систем разработки [1, 2, 4]. Методика расчета междукамерных целиков должна обеспечивать универсальность принимаемых решений и гарантировать высокую достоверность получаемых результатов. В этой связи принят комплексный подход к выполнению расчетов, включающий, помимо аналогов, ряд аналитических методик и численное моделирование. Использование численного метода моделирования методом конечных элементов позволяет учитывать большее количество влияющих факторов, но сопряжено с более сложной степенью реализации расчетов.

Моделирование включает 7 расчетных этапов: формирование НДС нетронутого массива; выемка руды 1 -й секции; формирование искусственных целиков 1-ой секции; выемка руды 2-й секции; формирование искус-