Обоснование параметров безрасстрельной армировки вертикальных стволов на основе вероятностной оценки временных нагрузок

• Автор: Басакевич, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ проблемы совместной эксплуатации крепи и армировки
глубоких вертикальных стволов
1.1. Общие положения
1.2. Анализ основных направлений совершенствования жесткой армировки
1.3. Анализ основных способов крепления элементов жесткой армировки к крепи ствола
1.4. Анализ современных исследований в области крепления и армирования вертикальных стволов
1.5. Выводы по главе
2. Исследование временных нагрузок на армировку и их
вероятностная оценка на разных участках подъема
2.1. Анализ нормативной базы и современных научных исследований в области проектирования жесткой армировки
2.2. Оценка влияния силы Кориолиса на различных по глубине участках ствола
2.3. Определение нагрузок на армировку вследствие аэродинамического удара на основе вероятностной оценки координат встречи подъемных сосудов
2.3.1. Определение координат вероятной встречи подъемных сосудов при использовании в стволе одной подъемной установки
2.3.2. Определение вероятности встречи подъемных сосудов
на различных участках подъема при использовании в стволе независимых подъемных установок
2.3.3. Расчет координат и вероятности встречи подъемных сосудов на участке движения с максимальной скоростью при различном расположении скипов относительно расстрелов (консолей)
2.3.4. Определение нагрузок на армировку вследствие аэродинамического удара на основе вероятностной оценки встречи скипов на участке
их движения с максимальной скоростью
2.4. Вероятность наложения сил от крутящих моментов,
возникающих в головных канатах
2.5. Определение вертикальной нагрузки на проводники
на основе статистического анализа отклонений проводников от вертикали
2.6. Выводы по главе
3. Исследование совместной работы системы «армировка — крепь -породный массив» в вертикальных стволах
3.1. Обоснование геометрических параметров бсзрасстрельной армировки
3.2. Разработка численной модели участка ствола с армировкой
3.3. Оценка влияния временных динамических нагрузок на НДС несущих элементов различной конструкции

3.4. Исследование работы узлов крепления безрасстрельной армировки в вертикальных стволах с монолитной
бетонной крепью
3.4.1. Сравнение конструкций узлов крепления
3.4.2. Исследование взаимодействия узлов крепления армировки
с крепью ствола
3.5. Выводы по главе
4. Совершенствование методики проектирования безрасстрельной армировки вертикальных стволов
4.1. Основные положения
4.2. Определение горизонтальных динамических нагрузок, действующих в системе «сосуд - армировка»
4.3. Определение внутренних усилий в узлах крепления
4.4. Расчет узлов крепления консольно-распорной армировки
4.5. Выводы по главе
5. Технология армирования вертикальных стволов
с комбинированным креплением безрасстрельной армировки
5.1. Обоснование требований к технологии монтажа безрасстрельной армировки
5.2. Технологическая схема монтажа безрасстрельной армировки
5.3. Выводы по главе
6. Оценка экономической эффективности безрасстрельной армировки с комбинированным креплением
6.1. Сравнение схем армировки при различных конструкциях
ярусов и узлов крепления
6.2. Оценка технико-экономической эффективности разработанных решений безрасстрельной армировки вентиляционного ствола
№1 шахты «Обуховская №1»
6.3. Выводы по главе
Заключение
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ

Одним из самых масштабных подземных сооружений по объему, разнообразию и сложности решаемых в период строительства и эксплуатации задач является вертикальный ствол с армировкой, которая предназначена для обеспечения направленного безаварийного движения по стволу подъемных сосудов различной конструкции. Тип и конструкция армировки оказывает существенное влияние на определение диаметра ствола, сроков и стоимости его строительства, а также на величину затрат, связанных с проветриванием подземных выработок.
В настоящее время глубина эксплуатируемых и строящихся шахтных стволов перешагнула отметку 1 ООО м и продолжает увеличиваться, при этом горно-геологические и гидрогеологические условия строительства существенно усложняются. Условия работы армировки стволов можно также охарактеризовать как весьма сложные. Конструкции испытывают комплекс постоянных и временных воздействий и нагрузок, увеличивающихся с глубиной ствола и обусловленных сложным процессом взаимодействия системы «подъемный сосуд — армировка - крепь ствола».
В отечественной практике армирования вертикальных стволов наибольшее распространение получила жесткая металлическая армировка, конструктивными элементами которой являются расстрелы балочного типа и рельсовые или коробчатые проводники. Опыт ее эксплуатации показывает, что многорасстрельная армировка обладает значительной трудоемкостью и высокой стоимостью монтажа, высоким аэродинамическим сопротивлением.
Одним из главных направлений совершенствования жесткой армировки является замена балочных расстрелов консольными, консольно-распорными и блочными конструкциями (безрасстрельная армировка). Это позволяет исключить рассмотренные выше недостатки жесткой армировки, а также повысить ее несущую способность и создать предпосылки для более широкого применения технологии строительства стволов с одновременным армированием.
В настоящее время отечественными учеными и проектировщиками разработаны методические основы проектирования безрасстрельной армировки, создан альтернативный ряд сечений клетевых и скиповых стволов с консольными, консольно-распорными и блочными конструкциями. На базе этих разработок осуществлено внедрение безрасстрельной армировки при строительстве ряда вертикальных стволов. В то же время широкое внедрение безрасстрельной армировки сдерживается рядом неисследованных вопросов, касающихся особенностей взаимодействия армировки с подъемным сосудом и крепью ствола, нерешенной остается проблема крепления армировки анкерами с учетом необходимости компенсации фактических отклонений крепи от проектного положения. Это приводит к усложнению конструкции армировки и снижению ее технико-экономической эффективности.
Дальнейшее совершенствование расчета элементов безрасстрельной армировки и технологии ее монтажа является актуальной задачей шахтного строительства.'

р* — Л-К0Р . т,а.вст _ > м _ 7 экс+откл р . р* _ 7 кор т.а.вст _ 7 экс+откл р *по 6 ~ лоб ' лоб ' '‘лоб ’ ''лоб ‘ 'лоб ’ -* бок — л:бок ‘ бок ' 'сбок ' 'бок!
где кл°£ и - коэффициенты, учитывающие действие силы Кориолиса при движении подъемного сосуда, соответственно в лобовом и боковом направлении; каЛ0Т и к£0вкст - коэффициенты, учитывающие аэродинамический удар в месте встречи подъемных сосудов, соответственно в лобовом и боковом направлении; кло6 - коэффициент, учитывающий нагрузку на армировку
вследствие кручения подъемного каната; /фоб'0™' и к.! отк:1 - коэффициенты, учитывающие нагрузку на армировку вследствие одновременного влияния эксцентриситета загрузки и отклонения подъемного сосуда от вертикали; /фюб, Рбок - нормативные лобовая и боковая эксплуатационные нагрузки на армировку, Н, рассчитываемые согласно Методики... [55].
Предложенный подход, несмотря на определенные достоинства, связанные с появлением возможности учета целого ряда дополнительных факторов, действующих в системе «подъемный сосуд - армировка - ствол», обладает недостатком, заключающимся в допущении одновременного влияния на армировку всех вышеперечисленных факторов, при чем в варианте их наиболее неблагоприятного сочетания. Такая формализация при проектировании в ряде случаев приводит к чрезмерно завышенным коэффициентам запаса при подборе профилей расстрелов, проводников, узлов крепления и других параметров жесткой армировки, так как условно считается, что все дополнительные нагрузки возникнут на одном ярусе в один и тот же момент времени и при этом их векторы будут однонаправлены, т.е. нагрузки суммируются по модулю.
Несмотря на то, что теоретически такое сложение нагрузок на одном ярусе возможно, вероятность возникновения такой ситуации на практике очень низка, поэтому предлагается усовершенствовать указанную методику на основе вероятностной оценки возможных сочетаний вышеуказанных нагрузок.
Для этого необходимо оценить вероятность появления каждой из дополнительных эксплуатационных нагрузок, а затем вероятность их одновременного возникновения на одном ярусе или участке движения подъемного сосуда.
2.2. Оценка влияния силы Кориолиса
на различных по глубине участках ствола
Сила Кориолиса РК является результатом сложного движения подъемного сосуда по стволу, состоящего из движения относительно собственно ствола с некоторой скоростью Ус и переносного движения, возникающего вследствие суточного вращения Земли с угловой скоростью
2л- 1
со =
24-60-60 13700