Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния вопроса и постановка задач исследований 10
1.1. Общие сведения 10
1.2. Анализ современных исследований в области поддержания стволов в условиях увеличения глубины 16
1.3. Анализ причин нарушений крепи вертикальных стволов 19
1.4. Виды нарушений крепи вертикальных стволов 26
1.5. Анализ современных методов обследования вертикальных стволов... 28
1.6. Анализ отечественного и зарубежного опыта применения способов ремонта и восстановления поврежденных участков крепи 32
1.7. Анализ опыта углубки вертикальных стволов 45
1.8. Анализ особенностей эксплуатации крепи зумпфовой части вертикального ствола 48
1.9. Выводы по главе 1 50
ГЛАВА 2. Моделирование системы «крепь зумпфа – породный массив» при углубке вертикальных стволов
2.1. Постановка задачи и выбор метода ее решения 52
2.2. Исследование напряженно-деформированного состояния системы «крепь зумпфа – породный массив» при влиянии процессов заполнения и откачивания воды из зумпфа ствола 52
2.2.1. Разработка расчетной схемы 52
2.2.2. Разработка конечно-элементных моделей исследования 58
2.2.3. Расчет параметров НДС системы «крепь зумпфа – породный массив» при влиянии процессов заполнения и откачивания воды 67
2.3. Исследование напряженно-деформированного состояния системы «крепь зумпфа – породный массив» при влиянии углубки ствола 87
2.3.1. Разработка расчетной схемы 87
2.3.2. Разработка конечно-элементных моделей исследования 90
2.3.3. Расчет параметров НДС системы «крепь зумпфа – породный массив» при влиянии углубки 93
2.4. Выводы по главе 2 100
ГЛАВА 3. Исследование напряженно-деформирован-ного состояния крепи зумпфа в процессе выпол-нения подготовительных работ и углубки ствола . 103
ГЛАВА 4. Технология крепления зумпфов блочной крепью 114
4.1. Описание конструкции крепи 114
4.2. Сравнительный анализ НДС монолитной бетонной и блочной крепи при креплении зумпфов углубляемых стволов 116
4.3. Технология возведения блочной крепи зумпфов 121
4.4. Выводы по главе 4 122
Заключение 123
Список использованных источников 124
- Анализ современных исследований в области поддержания стволов в условиях увеличения глубины
- Анализ отечественного и зарубежного опыта применения способов ремонта и восстановления поврежденных участков крепи
- Разработка конечно-элементных моделей исследования
- Сравнительный анализ НДС монолитной бетонной и блочной крепи при креплении зумпфов углубляемых стволов
Анализ современных исследований в области поддержания стволов в условиях увеличения глубины
Научная новизна работы заключается в следующем: разработаны пространственные конечно-элементные модели зумпфовой части ствола с двухсторонним сопряжением, учитывающие физическую нелинейность работы элементов крепи и массива пород и позволяющие методом последовательных нагружений оценивать напряженно-деформированное состояние системы «крепь зумпфа – породный массив» на каждом этапе углубки ствола; выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния крепи зумпфа, отличающиеся учетом процессов заполнения и откачивания воды, а также влияния двухстороннего сопряжения ствола с выработками околоствольного двора; установлены зависимости изменения напряженно-деформированного состояния элементов системы «крепь зумпфа – породный массив» от модуля деформации крепи и пород при поэтапной углубке ствола по совмещенной технологии сверху вниз полным сечением; разработана конструкции блочной крепи зумпфа, отличающаяся вертикальным расположением внешних выступов и позволяющая создать зоны с регулируемой деформацией в условиях эксплуатации и углубки ствола, обеспечивая податливый режим работы крепи (патент №2474693).
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе используются натурные наблюдения за состоянием монолитной бетонной крепи вертикальных стволов; статистический анализ результатов обследования вертикальных стволов шахт и рудников; численное моделирование системы «крепь зумпфа – породный массив» методом конечных элементов; корреляционный анализ; аналитические методы расчета на основе положений геомеханики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием современного численного метода моделирования – метода конечных элементов, реализованного в ПК «Лира»; сходимостью результатов моделирования с решениями, полученными с применением аналитических методик; использованием апробированных методов математической статистики.
Научное значение работы заключается в разработке конечно-элементной модели зумпфовой части ствола с двухсторонним сопряжением и выявлении закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния элементов системы «крепь зумпфа – породный массив» на различных этапах углубки ствола.
Практическое значение работы состоит в разработке новой конструкции блочной крепи и в обосновании параметров крепления зумпфа, учитывающей специфику нагружения зумпфовой части ствола на различных этапах углубки.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты работы использованы ООО «НТЦ «Наука и практика» при разработке проекта реконструкции главного ствола №2 Объединенного Кировского рудника ПО «Аппатит». Результаты исследований внедрены Шахтинским филиалом ФГБУ «ИПК» Минобрнауки России в образовательный процесс кафедры геотехнологии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научных симпозиумах «Неделя горняка – 2012, 2013» (МГГУ, г. Москва), международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПбГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова, г. С.-Петербург, 2009 г.), Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (СПбГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова, г. С.-Петербург, 2009 г.); 3-й Международной научно-практической конференции «Перспективы освоения подземного пространства» (НГУ, г. Днепропетровск, 2009 г.), 7-й международной научно-практической конференции «Перспективы развития строительных технологий» (г. Днепропетровск, 2013 г.), международных научных конференциях «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений», (г. Донецк, 2007-2013 гг.), международных научных конференциях «Перспектива – 2008» и «Перспектива – 2012» (г. Нальчик, 2008, 2012 гг.), Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика-2007» и «Эврика-2008» (ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2007, 2008 гг.), международном научно-практическом семинаре
«Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса» (ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2009 г.), международных 55-57-й научно-практических конференциях «Перспективы развития Восточного Донбасса» (ШИ ЮРГТУ (НПИ), г. Шахты, 2006-2008 гг.), научных семинарах кафедры геотехнологии и строительства подземных сооружений ТулГУ (2013 и 2014 гг.), кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов РГСУ (г. Ростов-на-Дону, 2013 и 2014 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 научных работ, включая 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент, при этом 7 работ были опубликованы в зарубежной печати.
В настоящее время одной из характерных особенностей разработки месторождений является увеличение глубины и отработка запасов глубоких горизонтов, достижение предельных глубин карьерами, переход на подземный способ добычи.
В условиях значительной глубины залегания угольных пластов шахт и при разработке рудных месторождений подземным способом наиболее распространенными и часто единственно применимыми являются схемы вскрытия вертикальными стволами, проходимыми до уровня основного рабочего горизонта или на глубину отработки запасов первой очереди с последующей углубкой. Поэтому увеличение глубины и вскрытие глубоких горизонтов часто сопряжено с углубкой действующих вертикальных стволов.
Тенденция увеличения глубины разработки месторождений прослеживается во всем мире. Например, в Канаде глубина ведения работ по добыче руд достигла отметки 2800 м. Такую глубину имеет один из самых глубоких медно-цинковых рудников «Kidd Mine» (провинция Онтарио). По данным различных источников к 2017 году планируется увеличение глубины рудника до 2900 м. В США глубина ведения горных работ находится в пределах 300-500 м, но на серебряном руднике был пройден ствол глубиной 2348 м. В ЮАР глубина ведения работ приближается к отметке 4000 м. Золотодобывающий рудник «TauTona Mine» в настоящее время достиг глубины 3902 м, но в перспективе углубка шахты до 4300 м. В Германии глубина отработки запасов составляла практически 1800 м: каменноугольная шахта «Bergwerk Saar», которая в 2012 году была закрыта, и шахта по добыче и переработке урана «Schacht 371», также прекратившая свое существование [47,48,102].
Анализ отечественного и зарубежного опыта применения способов ремонта и восстановления поврежденных участков крепи
Обследование состояния крепи и армировки проводят согласно действующим отраслевым указаниям по проведению экспертных обследований шахтных подъемных установок [77] с соблюдением требований «Правил безопасности в угольных шахтах» [59], «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом» [35].
Согласно «Временным отраслевым указаниям по обследованию состояния крепи и армировки вертикальных стволов шахт» [25] вертикальные стволы действующих и вновь строящихся шахт и рудников, оборудованные механическим подъемом (скиповым, клетьевым или бадьевым), подлежат ежесуточному осмотру, а вентиляционные, используемые в качестве запасного выхода, – еженедельному.
Обследование состояния крепи и армировки включает анализ проектно-технической документации, визуальный осмотр, инструментальный контроль, определение фактических параметров крепи и армировки, определение прочности материала крепи [25].
При визуальном осмотре в «Книге осмотра» стволов фиксируются: вид крепи, схема и конструкция армировки, характер и размеры нарушений, толщина крепи (в местах обнажения пород), технологические разрывы между заходками, натеки различного характера, признаки низкого качества материала крепи (следы выщелачивания, неравномерность распределения составляющих бетона, наличие слоя прокоррозировавшего бетона); деформации расстрелов и проводников; уменьшение зазора между сосудами, армировкой и крепью; места обрушения крепи и породы; состояние пород, места поступления воды в ствол с водоносных и погашенных горизонтов; участки обледенения с указанием размеров, участки ранее отремонтированных крепи и армировки, их состояние.
Инструментальный контроль состояния крепи и армировки (профильная съемка и замер зазоров, прочность бетона) определяется задачами обследования и включает установление вертикальных и радиальных деформаций, искривлений, срезов, смещений крепи, ее толщины и т.д.
Определение поверхностной прочности бетона производится методами неразрушающего контроля (пластической деформации). При этом при оценке прочности бетона необходимо обратить внимание на звук при простукивании: глухой звук издает неплотная или отошедшая от породы крепь; звонкий - плотная, ненарушенная крепь.
При необходимости производится профильная съемка положения стенок ствола и проводников под руководством главного маркшейдера шахты или специализированной бригадой объединения. Результаты профилирования отражают на вертикальных планах ствола с указанием о необходимых мерах по устранению выявленных отклонений от проекта. Результаты осмотра ствола оформляются в виде развертки, эскизов и описаний. Места нарушений крепи и армировки привязываются по глубине и по горизонтали на развертке ствола, сориентированной по направлениям (север, восток, юг, запад), а также совмещенной с геологическим разрезом пород и ориентированной по отношению падения-восстания пород на крутом падении.
Результаты полного обследования ствола оформляются протоколом, в котором должны быть отражены: дата обследования, наименование и назначение ствола, его диаметр и глубина; краткие сведения о проходке (углубке); дата ввода ствола в эксплуатацию; количество и вместимость подъемных сосудов; толщина и материал крепи; количество горизонтов (рабочих и нерабочих) и их отметки; агрессивность подземных вод (химический состав); тип армировки; профиль расстрелов и проводников, шаг армировки; характеристика пород, пересекаемых стволом.
В протокол должны быть занесены результаты визуального осмотра, инструментальной проверки и контроля состояния крепи и армировки: характер и размеры (объем, площадь) нарушений, привязка их по глубине ствола, характеристика пород в местах нарушений, состояние крепи, сопряжений, камер, заключение о ранее проводимых ремонтах и др. В протоколе приводится оценка состояния крепи и армировки ствола и даются рекомендации о дальнейшей его эксплуатации
В настоящее время в сложных условиях эксплуатации стволов и, особенно при переходе на большие глубины, оценить состояние крепи и армировки рассмотренными выше методами недостаточно. Для глубокого исследования происходящих непредвиденных изменений в распределении нагрузок на крепь в результате действия горнотехнических факторов, необходима информация о напряженном состоянии околоствольного массива.
По рекомендациям «Руководства по диагностике состояния системы «крепь-массив» шахтных стволов» [78], для получения более полной информации о состоянии крепи и приконтурного массива пород следует не реже одного раза в 5 лет (при отсутствии аварийных и иных ситуаций) проводить геофизическую диагностику системы «крепь-массив», применимую для закрепленных и незакрепленных участков вертикальных стволов с использованием ударно-волнового, электрометрического и электромагнитного методов. Данное руководство дополняет комплекс визуальных и инструментальных наблюдений, установленных действующими нормами.
При выполнении диагностики состояния закрепленных и незакрепленных участков стволов, а также околоствольного массива применяются следующие геофизические методы:
Ударно-волновой (виброакустический) - для оценки состояния бетонной и других видов крепей ствола и сопряжений, а также определения влияния околоствольного массива на крепь. Является основным и обязательным на всех этапах обследования ствола и основан на ударном возбуждении, регистрации и анализе собственных колебаний исследуемого участка крепи или породного массива. Для возбуждения колебаний используются специальные ударники, а их приема - контактные датчики типа пьезоакселерометров или сейсмоприемников [78].
Электрометрический, применяется для оценки напряженно деформированного состояния, трещиноватости и увлажненности околоствольного массива, в том числе на участках сопряжений. Метод базируется на измерении электросопротивления участка породного массива, которое зависит от степени трещиноватости пород и характеристик трещин, что, в свою очередь, определяется напряженно-деформированным состоянием массива. Реализуется путем профилирования по предварительно пробуренным шпурам (шпуровое зондирование) участка породного массива в объеме между двумя электродами [78].
Электромагнитный метод, базирующийся на регистрации интенсивности естественного импульсного электромагнитного излучения пород, используется для оперативного выявления крупномасштабных участков повышенного трещинообразования в крепи и околоствольном массиве и оценки развития деформационных процессов в системе «крепь-массив», возникающих под воздействием горного давления, а также различных технологических и горногеологических факторов. Метод предполагает регистрацию импульсного электромагнитного излучения, возникающего в результате образования новых поверхностей при микроразрушениях в породном массиве [78].
Применению каждого из указанных методов предшествует определение его информативности применительно к конкретным условиям и задачам диагностики. Этот процесс включает статистическую обработку массива данных, полученных на заведомо аномальных и заведомо ненарушенных участках.
Работы выполняются с крыши клети, незагруженного скипа или с проходческой бадьи вертикального ствола либо со специального полка, установленного на необходимой высотной отметке наклонного ствола [78].
Разработка конечно-элементных моделей исследования
Крепь зумпфа и участка ствола на уровне сопряжения и выше разбивалась на объемные конечные элементы с размерами вертикальных граней 0,5 м и горизонтальных - с размерами, соответствующими толщине крепи 0,3 м. Массив пород разбивался на объемные конечные элементы с размерами вертикальных и горизонтальных граней 0,5 м с увеличением размеров горизонтальных граней по направлению от вертикальной оси к внешним границам моделируемого участка. Высота модели составляет 23,8 м, диаметр - 16,6 м.
Общий вид конечно-элементной модели зумпфовой части ствола с сопряжением представлен на рис. 2.4.
Для реализации решения задачи в нелинейной постановке используем объемные физически нелинейные конечные элементы, предназначенные для решения задач физически нелинейной теории упругости, обусловленные нелинейной зависимостью а = т(є).
Для крепи ствола приняты КЭ №236 (пространственный 8-ми узловой изопараметрический элемент, произвольный гексаэдр) и КЭ №234 (пространственный 6-ти узловой изопараметрический элемент, произвольная треугольная призма). Для массива пород - объемные физически нелинейные конечные элементы КЭ №276 (пространственный 8-ми узловой изопараметрический элемент грунта, произвольный гексаэдр) и КЭ №274 (пространственный 6-ти узловой изопараметрический элемент грунта, произвольная треугольная призма) (рис. 2.5), предназначенные для моделирования работы грунта на сжатие с учетом сдвига в соответствии с теорией прочности Кулона-Мора.
Типы конечных элементов, используемых для построения моделей: а – пространственный 8-ми узловой изопараметрический элемент (произвольный гексаэдр); б – пространственный 6-ти узловой изопараметрический элемент, произвольная треугольная призма Выбранным типам конечных элементов крепи и массива пород были заданы жесткостные характеристики, числовые значения которых приведены в таблицах 2.1 и 2.2.
Определение эквивалентных напряжений в соответствии с заданной теорий прочности осуществляется по формуле: На рис. 2.6 представлено диалоговое окно жесткости конечных элементов грунта, в котором путем установки флажка в поле «Условие прочности при сдвиге» задаем условие Кулона-Мора («Условие 3»).
Конечным элементам, моделирующим крепь, заданы параметры закона нелинейного деформирования: вид зависимости и характеристики материала (Е начальное значение модуля деформации на сжатие; 0+- начальное значение модуля деформации на растяжение; j п р- предельное значение напряжения на сжатие (отрицательное значение); оп р- предельное значение напряжения на растяжение) (рис. 2.7).
Расчет физически нелинейной системы осуществляется шагово итерационным методом, при использовании которого организуется пошаговое нагружение (приложение нагрузки частями) с учетом изменения жесткостных характеристик системы на каждом шаге до достижения предельного состояния. В таблицах результатов расчета формируются сведения о состоянии материала при достижении предельного состояния в соответствии с заданной теорией прочности.
Матрица жесткости физически нелинейной системы формируется на основании переменных интегральных жесткостей, вычисляемых в точках интегрирования конечного элемента на конкретном шаге. Схема численного интегрирования по области конечного элемента и набор используемых жесткостей определяются выбранным типом конечного элемента. Элементы матрицы жесткости конечного элемента физически нелинейной системы определяются по схеме численного интегрирования в приращениях:
Определение новых значений элементов матрицы производится в центре тяжести конечного элемента согласно нелинейному закону деформирования материала на основании главных деформаций є1, є2, є3.
Задание граничных условий осуществлялось следующим образом. Узлам, расположенным на нижней границе моделируемого участка ствола, - в виде ограничения перемещений по всем направлениям. Узлы верхней границы -свободны в перемещениях. Узлам боковой поверхности толстостенного цилиндра, моделирующего породный массив, прикладывалась узловая нагрузка от давления пород со стороны массива, рассчитанная по формуле 2.1.
Для моделирования последовательности нагружения крепи от давления пород со стороны массива, гидростатического давления воды при заполнении зумпфа водой, моделирования процесса откачивания, используем шаговый метод последовательных нагружений, реализованный в ПК Лира, который позволяет моделировать сложный процесс нагружения путем формирования последовательности нелинейных загружений, получать сведения о достижении предельного состояния и производить оценку НДС системы на каждом шаге. Расчет в рамках каждого нелинейного загружения осуществляется шагово-итерационным методом.
Каждое нелинейное загружение соответствует определенному этапу нагружения крепи зумпфа ствола: загружение 1 моделирует первый этап нагружения, на котором крепь воспринимает нагрузку только со стороны массива пород. К крайним узлам конечных элементов модели, составляющих внешнюю боковую поверхность толстостенного цилиндра, прикладывается узловая нагрузка от давления пород со стороны массива. загружение 2 соответствует второму этапу нагружения, на котором к измененной схеме (в результате расчета по 1 загружению) добавляется дополнительная нагрузка от гидростатического давления воды. К внутренним узлам конечных элементов, моделирующих крепь водосборной части зумпфа ствола, прикладывается узловая неравномерно распределенная по глубине нагрузка от давления воды. загружение 3 соответствует третьему этапу нагружения. Моделируется процесс откачивания воды путем приложения к внутренней поверхности крепи (к внутренним узлам конечных элементов, моделирующих крепь водосборной части зумпфа) неравномерно распределенной по глубине узловой нагрузки от давления воды с обратным знаком.
Для реализации расчета шаговым методом последовательных нагружений в пункте меню «Моделирование нелинейных загружений» ПК Лира формируем 3 комбинации нелинейных загружений в соответствии с расчетной схемой, представленной на рисунке 2.2 (рис. 2.9).
Путем установки флажка в поле таблицы «Учет предыстории» формируется история нагружения, то есть каждое последующее загружение будет приложено к схеме, напряженно-деформированное состояние которой было вызвано предшествующими загружениями.
На рис. 2.10 представлены фрагменты модели, отражающие способ приложения узловой нагрузки от действия гидростатического давления воды к внутренней стенке крепи. К узлам конечных элементов дна зумпфа так же была приложена расчетная узловая нагрузка от гидростатического давления воды.
Сравнительный анализ НДС монолитной бетонной и блочной крепи при креплении зумпфов углубляемых стволов
Результаты выполненных в главе 2 исследований свидетельствуют о негативном влиянии выполнения работ по углубке ствола и работ подготовительного периода, связанных с откачиванием воды, на состояние крепи зумпфа. Заполнение зумпфа водой, откачивание, выполнение работ по углубке способствуют изменению НДС крепи зумпфа и массива пород, развитию пластических деформаций в крепи и массиве пород верхней части зумпфа, образованию трещин в крепи, снижению ее несущей способности и возможному разрушению.
На рис. 3.1-3.12 представлены эпюры максимальных напряжений в каждом поперечном сечении по глубине зумпфа. Под поперечным сечением подразумевается кольцо крепи зумпфа, расположенное в горизонтальной плоскости хоу глобальной системы координат, высота которого соответствует высоте конечного элемента.
Изменение максимальных напряжений в крепи прослеживается на всей протяженности зумпфа и в наибольшей степени проявляется в верхней его части на 2 этапе выполнения работ (на этапе заполнения водой). Степень изменения максимальных напряжений в крепи зумпфа на разных этапах выполнения работ зависит типа вмещающих пород и характеристик материала крепи. Найдем уравнение, описывающее зависимость максимальных напряжений в крепи зумпфа от деформационных характеристик бетона и пород, т.е. зависимость
На рис. 3.5 представлены зависимости максимальных напряжений в крепи зумпфа от модуля деформации бетона и модуля деформации пород для каждого этапа выполнения работ (I - до заполнения зумпфа водой; II - на этапе заполнения; III - на этапе откачивания; IV - в результате углубки).
Для нахождения уравнения регрессии используем метод наименьших квадратов (МНК) и найдем коэффициенты аппроксимации А, В и С, при которых, согласно МНК, сумма квадратов отклонений значений, полученных экспериментально, от соответствующих им искомых значений, рассчитанных из уравнения (3.1) будет минимальной:
Решим полученную систему уравнений методом Крамера, найдем значения коэффициентов аппроксимации и уравнения регрессии, описывающие зависимость максимальных напряжений в крепи зумпфа от модуля деформации бетона и модуля деформации пород для каждого этапа выполнения работ. Полученные зависимости представлены в табл. 3.1.
Изменение напряжений в крепи на разных этапах выполнения работ зависит в большей степени от деформационных характеристик вмещающих пород и отличается от исходного НДС, полученного на 1 этапе (до заполнения зумпфа водой).
Наибольшую опасность представляют напряжения, возникающие в верхней, наиболее приближенной к сопряжению и не заполняемой водой части зумпфа, где они достигают максимальных значений, и напряжения, возникающие в нижней части зумпфа от давления воды на этапе заполнения водой. Однако, изменение протяженности зумпфа и высоты заполнения его водой будет способствовать изменению степени влияния давления воды при заполнении и откачивании на напряжения, возникающие в верхней части зумпфа. С увеличением протяженности зумпфа влияние давления воды будет уменьшаться. Для получения практических результатов исследовалась средняя глубина зумпфов клетевых стволов ввиду того, что в протяженных зумпфах скиповых стволов временный водосборник не устраивается.
В условиях изменения НДС крепи и высокого гидростатического давления, вода, просачиваясь в материал крепи через трещины, может способствовать развитию коррозионных процессов и разрушению структуры бетона, поскольку известно, что интенсивность протекания коррозионных процессов и, следовательно, остаточная прочность зависят от уровня и знака НДС бетона [1,2,8,10,41,47,53,87,96,98,103]. Скорость коррозионных процессов и процессов разрушения может быть значительно увеличена за счет доступа кислорода к бетонной крепи, содержащегося в шахтной атмосфере, к ухудшению состояния крепи перед углубкой.
Результаты моделирования бетонной крепи зумпфа, приведенные в главе 2, позволяют утверждать, что расчет крепи зумпфов должен производиться с учетом изменения НДС крепи зумпфа после заполнения и откачивания воды и выполнения работ по углубке ствола. При этом, знакопеременный режим работы крепи верхней и нижней части ствола при заполнении и откачивании, проявляющийся в увеличении напряжений в крепи нижней и верхней части зумпфа на 2 этапе (после заполнения), и увеличении напряжений в крепи нижней части зумпфа и снижении напряжений в крепи верхней части на 3 этапе (в результате откачивания), и, неравномерность распределения напряжений по контуру крепи и по глубине предопределяют необходимость разработки принципиально новой конструкции крепи, более устойчивой к воздействию исследуемых факторов.
В связи с этим, на основании анализа особенностей работы бетонной крепи зумпфа при последовательном рассмотрении отдельных этапов ее нагружения, автором предложено использование для крепления зумпфовой части ствола блочной крепи.
Конструктивно блочная крепь представляет собой железобетонные блоки с выступами на внешней стороне; смесь, укладываемую в пространство между внешними выступами блоков; систему сбора и отвода воды, расположенную в теле крепи (рис. 4.1) [58].
Выступы имеют вертикальное расположение с внешней стороны по краям блока. При установке крепи выступы должны соприкасаться с породой, а заполнение закрепного пространства между выступами не позволит породам смещаться. Это обеспечит более высокую жесткость конструкции крепи в условиях высокого гидростатического давления воды, находящейся в зумпфе весь период эксплуатации, и откачиваемой перед углубкой.
