Выбор оптимальных геометрических характеристик крепи вертикальных шахтных стволов

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ

УДК 622.281.4:622.251.6

Н.С. Булычёв, д-р техн. наук, проф.,

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ

Проведён анализ возможных вариантов крепления вертикальных шахтных стволов. Выбраны основные показатели для каждого вида крепи. Сделаны выводы о максимальных возможных глубинах применения каждого вида крепи с заданными физико-механическими характеристиками.

Ключевые слова: Верхнекамское месторождение, ствол, монолитная бетонная крепь, чугунно-бетонная крепь, железобетонная крепь, чугунная крепь с плоской спинкой.

В основе данной работы лежит сравнительный анализ несущей способности и максимальных глубин применения четырёх видов крепи вертикальных стволов: монолитная бетонная крепь (применяется бетон марок от В40 до В60); железобетонная крепь (применяется бетон класса В40 и арматура горячекатаная, круглая класса А-1); чугунно-бетонная крепь (применяется бетон класса от В40 до В60 и чугунные тюбинги классов от 8.0-30 до 8.0-100 из серого чугуна марок от Сч20 до Сч30) и чугунная крепь с плоской спинкой (применяются тюбинги классов от 8.0 - 30 до 8.0 - 100 из серого чугуна марок от Сч20 до Сч30).

Расчёты несущей способности и основных физико-механических характеристик 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).

Результаты расчётов выводятся в диалоговом окне, откуда копируются в таблицы среды МБ БХБЬ. С помощью данного оператора формируются таблицы искомых значений и графики изменения исследуемых величин с глубиной залегания контрольной точки проведения исследования (рис.1-5).

Ниже приведены пример таблицы выходных данных на примере расчёта железобетонной крепи шахтного ствола и графические приложения, иллюстрирующие изменения исследуемых величин при проходке.

Расчёт напряжений на крепь ствола

Глу- Марка Толщина Класс арма- Тангенциаль- Условие прочно- Эффек-

бина бетона ж/б кре- туры ные нормаль- сти крепи при тивная

зале- пи, м ные напряже- расчёте по сжи- толщи-

гания, ния на мающим напря- на кре-

м внутреннем контуре сечения крепи, МПа жениям, МПа пи при данных условиях, м

40,00 49,43 7,62 0,35

80,00 49,34 7,59 0,35

120,00 49,52 7,65 0,35

160,00 49,48 7,64 0,35

200,00 49,52 7,65 0,35

240,00 49,51 7,65 0,35

280,00 50,73 11,69 0,40

280,00 42,79 13,93 0,43

320,00 Арматура 35,62 15,31 0,45

360,00 горячеката- 10,90 18,98 0,49

400,00 ная, круглая 67,69 28,95 0,58

280,00 класса А-1 42,97 8,11 0,34

320,00 В40 0,5 43,04 8,31 0,34

360,00 43,05 8,42 0,34

400,00 43,04 8,55 0,34

440,00 43,01 8,70 0,34

480,00 42,93 8,86 0,35

520,00 42,78 9,06 0,35

560,00 42,55 9,28 0,35

600,00 42,19 9,55 0,37

640,00 41,6 3 9,87 0,36

680,00 40,75 10,21 0,36

720,00 37,19 11,42 0,38

760,00 33,56 12,29 0,39

800,00 27,25 13,54 0,40

840,00 15,60 15,45 0,42

()- значения напряжений в соляных породах, полученные при применении метода кажущегося уменьшения модуля Юнга соляных пород (Е принимается в данном случае равным 100 МПа), что приводит

к резкому повышению давления в слоях многослойной крепи и, как следствие, к уменьшению её несущей способности.

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

Рис.1. Распределение эффективной толщины ж/б крепи по глубине

Рис. 2. Условие прочности сборной ж/б крепи

Рис. 3. Распределение максимальных напряжений в четырёхслойной

крепи с глубиной

Рис. 4. Распределение несущей способности монолитной бетонной крепи по глубине

Рис.5. Распределение максимальных напряжений в гладкостенной чугунной тюбинговой крепи

Из приведённых выше результатов исследований видно, что максимальной несущей способностью обладают четырехслойная чугунно-бетонная и сборная железобетонная крепи. Данные виды конструкций обладают также максимальной глубиной эксплуатации без критических повреждений. Границы применения данных видов крепей можно ещё более расширить, применяя чугун повышенной прочности, фибробетон и арматуру специального профиля.

Исследования подтвердили предположение, что наиболее эффективными будут многослойные конструкции, сочетающие в себе металл и бетон. В данных крепях бетон выполняет поглощающую функцию, принимая на себя первичные напряжения и деформации, а чугунные тюбинги и арматура выполняют функцию основного несущего стержня, за счёт которого данные конструкции полностью обладают всеми свойствами, необходимыми для их эксплуатации на калийных месторождениях

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. 269 с.

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

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

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

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

7. Соловьёв В. А. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках верхнекамского калийного месторождения.

УФ ВНИИИГ, 1992.

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

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

N.S. Bulichev, D.S. Komarov

CHOOSING OPTIMAL GEOMETRICAL CHARACTERISTICS OF LININGS FOR VERTICAL MINING SHAFT

An alysis of possible vertical shaft lining variants was realized. Basic indexes of different lining kinds with given physical-mechanical properties were chosen. Conclusions about using different linings possibilities in the different depths were made.

Key words: Verkhnekamsky deposit, shaft, cast concrete lining, iron-concrete lining, iron lining.

Получено 12.11.12