Введение к работе
Актуальность работы. Развитие промышленного комплекса России требует реструктуризации и реконструкции угольной отрасли, что неразрывно связано со строительством новых и модернизацией действующих угольных шахт.
В современных условиях особое значение приобретает задача снижения капитальных затрат на строительство и поддержание горных выработок.
В общем комплексе современного горнодобывающего предприятия с подземным способом разработки наиболее ответственным сооружением является шахтный ствол с армировкой, обеспечивающей направленное движение подъемных сосудов. Армировка оказывает существенное влияние на определение диаметра ствола, его стоимости (до 15 %), сроков строительства, а также на производительность, надежность и экономичность работы подъемных установок. Поэтому одним из направлений снижения затрат при строительстве и реконструкции шахтных стволов может быть оптимизация решений технологий армирования и схем армировки стволов.
В настоящее время наибольшее распространение получила жесткая многорас-сгрельная армировка, которая в ряде случаев не соответствуют современному уровню технологии строительства и эксплуатации шахт, поскольку обладает рядом существенных недостатков : большой трудоемкостью изготовления, монтажа и антикоррозионном зашить!; высокой металлоемкостью (50 - 200 т на 100 п.м ствола); многодс-талыюстью (более 20 позиций монтажных элементов в одном ярусе); большим аэродинамическим сопротивлением (30 - 50 % сопротивления всей сети горных выработок приходится на стволы); переменной податливость злемеїггов по глубине. Это приводит к тому, что при трудоемкости армирования, в 6 - 10 раз меньшей, чем остальное сооружение ствола, затраты времени на армирование занимают иногда до 20 % от продолжительности строительства.
Одним из напрааіений усовершенствования схем и конструкций армировки с целью устранения указагамх недостатков является создание безрасстрельных схем, отличающихся более высокими технико-экономическими показателями. Применение в этих схемах консольных или консольно-распорных расстрелов позволяет увеличить жесткость армировки, сократить расход металла и трудоемкость работ, снизить аэродинамическое сопротивление ствола, а также создает возможность для спуска крупногабаритных грузов и ведения армирования в процессе проходки ствола. Однако промышленное внедрение данных схем сдерживается недостаточностью отечественного опыта армирования безрасстрельными конструкциями, неразработанностью методических основ расчета и отсутствием технологических схем монтажа армировок такого типа.
Комплекс выполненных автором исследований посвящен разработке и унификации безрасстрельных схем и конструктивных решений армировки, созданию методических, основ расчета и технологических схем армирования.
Цель работы. Создание научно-обоснованной методики проектирования технологии армирования вертикальных стволов безрасстрельными конструкциями армировки, обеспечивающей снижение материальных и трудовых затрат и сокращение сроков строительства стволов.
Идея работы - повышение технико-экономической эффекгивности жесткой армировки достигается применением безрасстрельных конструкций в виде консоли с
распором, расположенным под углом А к ней, изменяющимся от 0 (чисго консольная схема) до 90 (консольно-распорные схемы) в зависимости от расположения подъемных сосудов и эксплуатационных нагрузок на армировку.
Метод исследования - комплексный, включающий системный анализ современного состояния вопросов конструирования и расчета армировки вертикальных стволов; методы статистического анализа; теоретические исследования напряженно-деформированного состояния элементов безрасстрельных армировок; методы математического моделирования; технико-экономический анализ; опытно-промышленную проверку результатов исследований. Расчеты выполнялись с использованием современного программного обеспечения к IBM PC.
Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:
установлено, что безрасстрельная армировка может быть конструктивно решена для унифицированного ряда сечений вертикальных стволов с жесткой армиров-кой в виде консоли с распором;
установлены закономерности изменения жесткости консольных и консольно-распорньгх армировок в точках крепления проводников от геометрических и прочностных параметров конструкции, позволяющие определять рациональные конструктивные параметры армировки;
разработана научно-обоснованная методика расчета жесткости элементов консольных и консольно-распорных армировок, напряжений и прогибов проводников.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается статистическим анализом данных с использованием апробированных программных средств, использованием конечно-элементного анализа и математического моделирования, инженерно-техническими проработками и проектными решениями и результатами опытной проверки предложенных технических решений на натурных объектах.
Научное значение работы заключается в систематизации и унификации безрасстрельных схем армировки вертикальных стволов и установлении зависимости параметров напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов безрас-стрельной армировки от ее геометрических параметров и интенсивности подъема.
Практическое значение работы заключается в:
- устаношіении допустимых значений длин консолей в зависимости от интен
сивности подъема, шага армировки и типа проводников;
. - определении области применения предаагаемых конструкций;
разработке алгоритма и компьютерной программы расчета жесткости консолей, нагрузок на армировку, напряжений в элементах конструкции и прогибов проводников;
разрабоїке алгоритма и компьютерной программы выбора схемы и расчега технико-экономических показателей, как для типовых, так и для безрасстрельных армировок, позволяющей определить оптимальную схему армировки для конкретных условий;
разработке технология армирования безрасстрельными конструкциями.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований были использованы при разработке рабочей документации жесткой армировки вспомогательного и вентиляционного стволов шахты "Обуховская № 1" и вспомогательного стволе № 4 шахчы "Гуковская" в части определения основных параметров комбинированно!"
жесткой армировки стволов с креплением анкерами и технологической схемы монтажа. Опытно-промышленная проверка основных положений диссертационной работы проводилась при армировании вспомогательного ствола № 4 шахты "Гуковская".
Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсужде-ны и одобрены на XLIV, XLV, XLVI научных конференциях Новочеркасского государственного технического университета (г. Шахты, 1995-1997 гг.), Всероссийской научно-практической конференции компании "Росуголь" "Пути повышения эффективности технологии строительства вертикальных стволов" (г. Шахты, 1996 г.), заседаниях технических советов АО "Ростовшахтострой" (г. Шахты, 1997 г.) и института "Росювгипрошахт" (г. Ростов-на-Дону, 1997 г.), научно-производственной конференции компании "Росуголь" и АО "Росгопшахтострой" "Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строй-тел ьсгве новых шахт" (г. Шахты, 1997 г.), научных семинарах кафедры строительства подземных сооружений и шахт Шахтинского института Новочеркасского государственного технического университета (г. Шахты, 1996 -1997 гг.).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 29 таблиц, список использованной литературы из 90 наименований и 1! приложений, включающих основные результаты исследований, пример расчета без-расстрельной армировки по разработанной методике и копии документов, подтверждающих факт внедрения.
