К вопросу о креплении подземных сооружений строящихся в обводненных породах

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

1 2 3 (c)
Масленников С. А., Маштакова К. В., Яковлева К. С.
1Канд. техн. наук, зав. каф. «Строительство и техносферная безопасность», ИСОиП (филиал) ДГТУ- 2,3студент ИСОиП (филиал) ДГТУ, г. Шахты, Россия
К ВОПРОСУ О КРЕПЛЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ СТРОЯЩИХСЯ В
ОБВОДНЕННЫХ ПОРОДАХ
Аннотация
Целью проведенных исследований является разработка конструкции крепи, позволяющей надежно поддерживать подземное сооружение в обводненных горных породах с минимальными затратами материалов и средств. Предложена конструкция чугуннобетонной крепи с управляемым режимом работы. Приведено описание достоинств и недостатков разработанной конструкции
Ключевые слова: крепь, подземное сооружение, подземные воды, напряженно-
деформационное состояние.
Keywords: shoring, underground construction, underground water, the stress-strain state.
В настоящее время в практике крепления вертикальных стволов проходимых в сложных горно-геологических условиях широкое применение находит чугунно-бетонная крепь. Из последних, наиболее крупных проектов, в которых использовали данный тип крепи, можно упомянуть строительство самого глубокого в Евразии (1865 м) ствола ВС-7 рудника «Таймырский», 5 стволов по заказу компании «Алроса» на двух рудниках «Мир» и «Удачный», вертикального ствола ш. «Северная вентиляционная № 2», скипового и клетевого стволов на Гремячинском месторождении калийных солей компании ОАО «Еврохим», двух стволов пятого калийного рудника ОАО «Уралкалий» (см. рис. 1) и т. д. В таблице 1 приведены характеристики нескольких из упомянутых стволов.
Таблица 1
Характеристики стволов
1 Рудник, шахта «Удачный» «Мир» «Северная вентиляционная № 2»
2 Назначение ствола вентиляционно- вспомогательный скиповой вентиляционный
3 Проектная глубина, м 1090,5 1037,0 1285,5
4 Диаметр ствола в свету, м 8,0 8,0 7,5
5 Сечение ствола:
6 в свету, м2 50,24 50,24 44,1
7 в проходке, м2 63,6 от 63,6 — до 78,5 51,5
8 Крепь ствола Чугунные тюбинги, бетон чугунные тюбинги, бетон чугунные тюбинги, бетон
9 Схема проходки совмещённая совмещённая совмещённая
За рубежом чугунные тюбинги ранее имели широкое применение. Но на новейшем этапе данный тип крепи потерял своё былое значение и применяется редко, а за последние
© Масленников С. А., Маштакова К. В., Яковлева К. С., 2015 г.
20−25 лет — примеров его использования не отмечено. Это обусловлено повышением требований к водонепроницаемости, а также малой податливостью чугунно-бетонной крепи. Наличие большого количества швов не позволяет выполнить их достаточно качественную гидроизоляцию и приводит к наличию остаточного водопритока, а, например, в воздухоподающих стволах периодические колебания температуры имеют следствием «раскрытие» швов и значительное ухудшение водонепроницаемости.
Рис. 1. Строительство стволов закрепляемых чугунно-бетонной крепью в РФ
Значительный опыт эксплуатации стволов закрепленных чугунными тюбингами в России также выявил ряд недостатков, важнейшие из которых — высокая стоимость, нерациональное использование материалов, невозможность обеспечения полной гидроизоляции. С ростом объёмов строительства стволов с чугунно-бетонной крепью перечисленные недостатки ведут к всё более негативным последствиям. Это заставляет искать новые способы надёжного и экономически эффективного поддержания вертикальных стволов, и одним из направлений является применение принципа «управляемой» работы крепи.
Так известна конструкция крепи с регулируемым режимом работы [1], обеспечивающая полную гидроизоляцию вертикального ствола и снижение давления на внутреннюю стальную оболочку. Однако существующее решение имеет ряд недостатков.
Конструкции крепи вертикальных стволов, включающие слой стали, в опыте шахтного строительства СССР и РФ нашли применение только при сооружении стволов бурением. Причинами этого служит то, что:
— стальная обечайка под действием гидростатического давления теряет устойчивость до достижения напряжением в материале крепи предельных значений, так называемое критическое давление [2, 81]. Его величина интенсивно снижается с ростом диаметра ствола, а при сооружении бурением, диаметр не превышает 2−4 м. -
— при сооружении стволов бурением крепь на этапе возведения испытывает значительные монтажные нагрузки, часто превышающие эксплуатационные. Применение в этих условиях чугуна, материала хрупкого, плохо воспринимающего растягивающие напряжения часто оказывается нерациональным.
На основе опыта возведения и эксплуатации стальной крепи за рубежом можно выделить следующие ее недостатки:
— высокая стоимость-
— чувствительность к наличию агрессивных вод, активно развиваются коррозионные процессы-
— сложность и трудоемкость монтажа. Соединение отдельных секцией сваркой при бурении стволов можно осуществлять на поверхности, а крепь опускать с помощью грузоподъемных механизмов. При использовании буровзрывной технологии такая возможность отсутствует-
— при ведении сварочных работ в стволе сложно обеспечить высокое качество швов-
— соединение отдельных секций крепи сваркой намного более трудоемко, чем, например, соединение тюбингов сболчиванием. При этом с увеличением толщины стальной оболочки трудоемкость сварочных работ резко возрастает, и этот процесс может превзойти по продолжительности все остальные технологические процессы в сумме.
Перечисленные недостатки стальных крепей послужили причиной широкого распространения в шахтном строительстве России чугунно-бетонной крепи. Ее отличает:
— высокая несущая способность, благодаря наличию внутренних ребер-
— сцепление с затюбинговым бетоном, обеспечиваемое внешними ребрами-
— более высокая устойчивость к коррозии, по сравнению со сталью-
— простота монтажа и относительно невысокая трудоемкость возведения.
Г лавными ее недостатками является сложность обеспечения полной
водонепроницаемости, ввиду значительной длинны швов, высокая стоимость и возможность потери устойчивости при высоком гидростатическом давлении. Перечисленные недостатки могут быть полностью или частично устранены применением принципа управляемости.
Целью изобретения является создание конструкции крепи, позволяющей существенно снизить трудоемкость возведения, стоимость, повысить несущую способность и надежность крепи с управляемым режимом работы.
Для достижения поставленной цели предлагается конструкция крепи с регулируемым режимом работы, включающая (см. рис. 2а) внутреннюю колонну крепи из чугунных тюбингов (поз. 1), слой высокопрочного фибробетона (поз. 2) с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами, внешний слой из твердеющей смеси (поз. 3) с вяжущим на основе активированных в дезинтеграторе хвостов обогащения, крупным и мелким заполнителем в виде классифицированных отходов горного производства, систему анкеров (поз. 4), связывающих слой из твердеющей смеси (поз. 3) и вмещающие породы (поз. 5), контрольно-регулирующие элементы (поз. 6), а также систему отвода воды.
Использование в качестве гидроизолирующего слоя чугунных тюбингов вместо стали позволяет повысить несущую способность крепи, снизить трудоемкость и продолжительность ее возведения. Слой фибробетона с искусственно улучшенными водопроводящими свойствами вместе с контрольно-регулирующими элементами обеспечивает поддержание давления за колонной тюбингов в требуемых пределах, препятствует выдавливанию прокладок и нарушению герметичности. Контрольнорегулирующие элементы располагают в отверстиях тюбингов (см. рис. 2б), предназначенных для проведения тампонажа (поз. 7).
Замена в применяемом бетоне портландцемента и обычных заполнителей на активированные в дезинтеграторе хвосты обогащения и классифицированные отходы горного производства позволяет реализовать ресурсосберегающие технологии, использовать дешевые местные материалы, и снизить давление на окружающую среду накопленных на поверхности земли отходов горного производства. Ресурсосбережение приобретает особое значения для районов крайнего севера, малозаселенных регионов, удаленных от крупных промышленных центров. В этих случаях бесперебойное обеспечение строительства привозными материалами представляет сложную логистическую задачу и приводит к значительному удорожанию строительства.
б
Рис. 2. Конструкция чугунно-бетонной крепи с управляемым режимом работы
Принцип работы предложенной конструкции заключается в следующем.
Вода фильтруется через породу (поз. 5) в зоне, размеры которой определяются радиусом влияния дренажа выработки, далее, проникая через твердеющую смесь (поз. 3), попадает в слой фибробетона (поз. 2) откуда, по достижению давления сброса, отводится через контрольно-регулирующие элементы в систему отвода воды. Давление воды на тюбинги будет равно в этом случае давлению сброса и может регулироваться на управляющих элементах. Система анкеров (поз. 4) передает часть давления воды, воспринимаемого слоем твердеющей смеси, на вмещающий породный массив. Эффект от их установки растет по мере увеличения модуля упругости пород.
Предлагаемая конструкция может использоваться как для крепления всего ствола, так и отдельных его участков, пересекающих водоносные горизонты.
представленные результаты получены в рамках выполнения Госзадания Минобрнауки России № 1. 10. 14 по теме «Ресурсосберегающие и экологически безопасные технологии освоения подземного пространства на основе комплексного мониторинга всех стадий жизненного цикла инженерных объектов и систем» и гранта МК-6986. 2015.8 по теме «Разработка инновационных конструктивных и технологических решений при креплении вертикальных стволов шахт и рудников.
Литература
1. Пат. 2 433 269 Российской Федерации, МПК Е21 D 5/11. Конструкция крепи вертикальных стволов с регулируемым режимом работы / Страданченко С. Г., Масленников С. А., Шинкарь Д.И.- заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». № 2 009 142 187/03- заявлено 16. 11. 2009- опубл. 10. 11. 2011, Бюлл. № 15.
2. Булычёв Н. С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах: учебное пособие для вузов. М.: Недра, 1989. — 270 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой