Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов
Наведені конструктивні рішення щодо кріплення шахтних стовбурів комбінованими багатошаровими системами.
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2007
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31444 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов / В.В. Левит, С.В. Борщевский, В.И. Соколовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 158-163. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-31444 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-314442012-03-09T12:17:38Z Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов Левит, В.В. Борщевский, С.В. Соколовский, В.И. Наведені конструктивні рішення щодо кріплення шахтних стовбурів комбінованими багатошаровими системами. The constructural designs for the lining of the shafts by combined systems. 2007 Article Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов / В.В. Левит, С.В. Борщевский, В.И. Соколовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 158-163. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31444 622.831+622.25 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Наведені конструктивні рішення щодо кріплення шахтних стовбурів комбінованими багатошаровими системами. |
| format |
Article |
| author |
Левит, В.В. Борщевский, С.В. Соколовский, В.И. |
| spellingShingle |
Левит, В.В. Борщевский, С.В. Соколовский, В.И. Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов Геотехническая механика |
| author_facet |
Левит, В.В. Борщевский, С.В. Соколовский, В.И. |
| author_sort |
Левит, В.В. |
| title |
Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов |
| title_short |
Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов |
| title_full |
Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов |
| title_fullStr |
Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов |
| title_full_unstemmed |
Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов |
| title_sort |
комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31444 |
| citation_txt |
Комбинированные конструкции крепей для шахтных стволов / В.В. Левит, С.В. Борщевский, В.И. Соколовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 158-163. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT levitvv kombinirovannyekonstrukciikrepejdlâšahtnyhstvolov AT borŝevskijsv kombinirovannyekonstrukciikrepejdlâšahtnyhstvolov AT sokolovskijvi kombinirovannyekonstrukciikrepejdlâšahtnyhstvolov |
| first_indexed |
2025-07-03T11:53:57Z |
| last_indexed |
2025-07-03T11:53:57Z |
| _version_ |
1836626621200596992 |
| fulltext |
158 Выпуск № 73
УДК 622.831+622.25
В.В. Левит, С.В. Борщевский, В.И. Соколовский
КОМБИНИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ КРЕПЕЙ
ДЛЯ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
Наведені конструктивні рішення щодо кріплення шахтних стовбурів комбінованими ба-
гатошаровими системами
THE COMBINED CONSTRUCTION OF THE LINING FOR SHAFTS
The constructural designs for the lining of the shafts by combined systems
Многообразие условий поддержания шахтных наклонных и вертикальных
стволов обуславливает необходимость выбора крепей комплементарных усло-
виям ведения горных работ. Доказано [1], что наиболее перспективными конст-
рукциями для этих целей являются комбинированные системы.
Рассматривая комбинированные способы крепления стволов, мы определя-
ем это понятие шире, чем многослойные крепи или комбинированные схемы их
поддержания. Речь идет о развитии методологии создания комплексных техно-
логий охраны стволов с конкретными конструкциями временной или постоян-
ной крепи, применением регулятивных элементов комплементарных геомеха-
ническим условиям и конструкции крепи. В рассмотренных нами разработках
учтены временной характер развития смещений пород в полость ствола и ис-
пользована «самонесущая функция» (несущая способность) массива пород. Со-
хранена естественная и повышена остаточная несущая способность пород пу-
тем малых энергоемких воздействий на них [2]. В таких крепях сочетаются ак-
тивные и пассивные элементы, что дает возможность демпфирования (погло-
щения) смещений пород податливыми элементами в конструкции крепи и в
глубине массива.
Главная задача в применении комбинированных способов крепления - ми-
нимизировать влияние горного давления на внутренний контур крепи, обеспе-
чить ее механическую и физическую долговечность. Технологическая предпо-
сылка этого базируется на выборе рациональных управляющих воздействий на
массив, основную крепь и регламента их взаимодействия. Сложность задачи
поддержания стволов обуславливает необходимость совокупного учета геоме-
ханики конкретной ситуации, конструкции крепи и технологии ее возведения.
Шахтными исследованиями установлены количественные показатели фор-
мирования трех активных трибогеомеханических зон вблизи стволов, связан-
ных с дезинтеграцией пород: первая – 1,2-1,4 м; вторая на удалении 1,8-2,2 м;
третья – более 2,2 м. Эта особенность использована для обоснования предло-
женных ниже весьма эффективных способов охраны стволов путем формиро-
вания в глубине массива демпфирующего слоя, поглощающего смещения по-
род. Геомеханическая сущность способа заключается в управляемом изменении
свойств пород в локальном объеме круговой оболочки, формируемой в зоне де-
зинтеграции пород, удаленной на расстоянии 1,8-2,2 м. В случае необходимо-
сти ослабления зоны, ее трещиноватость формируется камуфлетным взрывани-
"Геотехническая механика" 159
ем. Путем нагнетания через скважины химического раствора достигается пере-
вод пород из запредельного состояния в вязко-пластическое. Эффект состоит
еще и в том, что сформированная оболочка выполняет функции противофильт-
рационной. Физико-механическое обоснование реализации этого способа свя-
зано с определением глубины шпуров, расстояния между ними по высоте ство-
ла и по контуру, и количеством подаваемого химраствора в один шпур. По ме-
тодике [3] определяется время нагнетания раствора и размер эффективно обра-
ботанной зоны пород (м):
( )
−
−
⋅
⋅=
t
нc
эр WW
W
п
tPK
R
0
0ln1
2
µ
σ
,
где W0 – предельное насыщение;
Wt – требуемое насыщение;
Рс – давление жидкости в среде;
µ - вязкость жидкости;
п – пористость фильтрующей среды;
tн – время нагнетания раствора.
Второй особенностью способа является формирование (до 0,8 м) консоли-
дированной породобетонной оболочки вокруг основной крепи ствола возведен-
ной по обычной технологии [4]. Такое совокупное решение обеспечивает
управление состоянием массива пород большей толщины, повышение устойчи-
вости приконтурной зоны и несущей способности системы «крепь – массив».
Разработанный способ охраны стволов реализован на шахте им
А.Г. Стаханова (вентствол № 7) (рис. 1). Для создания демпфирующей гидро-
изоляционной оболочки, использования несущей способности связно-
нарушенного массива, между щелью и стволом, повышения сопротивления
крепи по стенкам ствола, в местах пересечения водоносных пластов из забоя
бурили горизонтальные шпуры 1 глубиной 1,8 м.
Путем взрывания камуфлетных зарядов образовывалась кольцевая щель 2
вокруг ствола, контроль за образованием которой проводился при нагнетании
воды в шпуры. Перед нагнетанием воды устья шпуров 1 герметизировались де-
ревянными пробками 3 и цементно-песчаным раствором 4, приготовленном на
жидком стекле. Открытыми оставлялись шпуры для нагнетания химраствора и
контроля за его прохождением. Нагнетание химраствора 5 производилось через
каждые 3-4 горизонтальных ряда заходками по 2 м, укладка бетона в стены
ствола 6 – обычным способом через 4 м.
Продолжительное наблюдение в стволе показало эффективность способа
как с точки зрения обеспечения устойчивости ствола, так и его гидрозащиты.
160 Выпуск № 73
1 – шпур; 2 – кольцевая щель; 3 – пробка деревянная; 4 – цементно-песчаный раствор на
жидком стекле; 5 – химраствор; 6 - бетонная крепь ствола.
Рис. 1 - Схема формирования податливой оболочки в глубине массива
и упрочненной вокруг крепи ствола
По мнению авторов, такое решение в ряде случаев альтернативно примене-
нию чугунных тюбингов [5].
Создание демпферного слоя возможно и другим перспективным и эффек-
тивным способом. Его геомеханическое обоснование связано с определением
протяженности участка цилиндрической части ствола, на которой следует
применять данный способ, а также с вычислением параметров анкерной крепи.
Вычислив величину зоны неупругих деформаций (пластичности) и принимая
глубину анкерования по первой зоне, равной 0,2
c
Lr , а по второй – 0,35
c
Lr опре-
деляются геометрические характеристики крепи. ( c
Lr - радиус зоны неупругих
деформаций).
На рис. 2 показана сущность реализации технологии. Проходка ствола осу-
ществлялась расширенным сечением на глубину заходки. По мере уборки по-
роды из забоя производился монтаж колец двойной металлической оболочки.
Сегменты полой оболочки крепились к породному массиву анкерами на патро-
нированном неорганическом вяжущем длиной 1,8 - 2,2 м.
Для обеспечения совместной работы оболочки и бетона к сегментам прива-
рены скобы из арматуры диаметром 20 мм, а для сцепления оболочки с тампо-
нажным раствором к наружным листам приварена арматура. Заполнение обо-
лочки химическим раствором на основе мочевиноформальдегидной смолы,
производилось после возведения колонны и набора прочности железобетона.
Для снижения гидростатического давления вода была выведена по дренаж-
ным трубкам, а для контрольного давления были установлены манометры.
"Геотехническая механика" 161
1 - песчано-цементный раствор; 2 - патронированное неорганическое вяжущее; 3 - ан-
кер l = 1500 мм; 4 - химический раствор; 5 - арматура; 6 - дренажная трубка; 7 - мано-
метр; 8 - бетон класса В25; 9 - арматурная сетка; 10 - скоба; 11 - сегмент гидроизоляци-
онной оболочки
Рис. 2 - Грузонесущая конструкция крепи ствола с двойной металлической оболочкой,
обеспечивающая податливость и гидрозащиту
Как видно, возводимая таким способом крепь является конструкцией высо-
кой грузонесущей способности, содержит элемент податливости в виде оболоч-
ки из песчано-цементного раствора толщиной 100 мм и обеспечивает гидроза-
щиту ствола.
Фундаментальными работами НИИОМШС по геомеханическому обоснова-
нию области применения чугунно-бетонной крепи, сборной железобетонной с
затюбинговым бетоном, различных конструкций комбинированных крепей соз-
дана прогрессивная концепция охраны стволов в условиях интенсивного горно-
го давления.
Авторами также активно проводятся работы по внедрению железобетонных
тюбингов в сочетании с пустотелыми шлакоблоками. Последние при невысокой
несущей способности ((1,34 ± 0,43) МПа) допускают значительные продольные
деформации – 3,5-4,5%. Деформирование шлакоблоков и потеря прочности ими
в условиях бокового подпора идет медленно с повышением жесткости на уча-
стках квазиупругого деформирования. Эффект деформационного разупрочне-
ния и последующего упрочнения в шлакоблоках при нагрузке дает нужную
предпосылку для создания радиально-податливых крепей. Один из вариантов
такой крепи, разработанный специалистами НИИОМШС, показан на рис. 3.
Модельное представление конструкции радиально-податливой крепи дано на
рис. 4. Выполненные НИИОМШС расчеты крепи такой конструкции показали,
что при работе шлакоблоков в режиме податливости (Ut = 38-57 см) окружные
напряжения составят 14,8 МПа, что ниже допустимых, равных 16 МПа.
162 Выпуск № 73
1 – сопряжение; 2 – шов податливости; 3 – цементно-песчаный раствор; 4 – шлакоблок;
5 – бетон класса В25 (В 15); 6 – тюбинг железобетонный; 7 – анкер
Рис. 3 – Принципиальная схема устройства радиально-податливой крепи в районе сопряже-
ния ствола
Внедрение этой крепи осуществлено при перекреплении ствола № 5 шахты
им. А.Г. Стаханова (гор. 986).
Отказ от традиционных объемно-планировочных решений в пользу новых
конструкций, обладающих высокой несущей способностью, радиальной подат-
ливостью и ремонтопригодностью позволило обеспечить эффективное поддер-
жание крепи ствола в районе сопряжения в деформирующемся породном мас-
сиве.
По-нашему мнению, деформационное разупрочнение и упрочнение шлако-
блоков в условиях горного давления создают более симметричное нагружение
крепи при условии её малой напряженности. Такие крепи выдерживают повы-
шенные нагрузки и компенсируют деформации окружающего массива до 1-2
мм/мес.
Как альтернативное решение применению чугунных тюбингов или моно-
литной железобетонной крепи на шахте «Октябрьский рудник» была внедрена
штучная тюбинговая железобетонная крепь. Вентиляционный ствол (750-1000
м) крепился тюбингами типа ТЖР-6,5 (бетон В25) в направлении сверху вниз.
"Геотехническая механика" 163
1 - железобетонный тюбинг; 2 - бетон класса В25 (15); 3 - податливый слой из шлакобло-
ков; 4 - цементно-песчаный раствор; 5 – раздробленное пространство
Рис. 4 - Модельное представление конструкции радиально-податливой крепи
По характеристикам податливости сборная железобетонная тюбинговая
крепь допускает в семь раз большую вертикальную деформацию, чем монолит-
ный бетон. Горизонтальные деформации таких крепей достигают до 2-3 мм/м,
тогда как в монолитной бетонной крепи они не превышают 0,5-1,0 мм/м. Кроме
того, применение тюбингов позволило отказаться от использования забойной
опалубки, четырех опалубочных лебедок, канатов к ним и бетонного завода.
Из изложенного можно сделать вывод, что одной из особенностей поддер-
жания стволов комбинированными конструкциями является их многослойное
построение с максимальным вовлечением в работу массива и включение в ох-
ранную систему регулятивных элементов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Левит В.В. Оценка состояния геоматериалов и взаимодействия системы «крепь-породный массив» гео-
физическими методами // Известия Донецкого горного института, 1988. - № 1 (7). – С. 87-89.
2. Потураев В.Н., Булат А.Ф., Виноградов В.В. Геомеханические аспекты управления состоянием горного
массива вблизи выработок // Уголь Украины. – 1988. - № 5. – С. 5-7.
3. Прогрессивные технологии полимерного укрепления угля и пород в шахтах // С.В. Янко, В.А. Кузнецов,
В.В. Радченко и др. – К.: Техніка, 1993. – 178 с.
4. Максимов А.П., Евтушенко В.В. О геомеханических параметрах трехслойной сталебетонной крепи вер-
тикальных стволов // Горный журнал. – 1973. - №. – С. 33-35.
5. Пшеничный Ю.А., Левит В.В. Технология сооружения горных выработок в сложных горно-
геологических условиях (специальные способы строительства). Учебное пособие. – Донецк. – 1997. – 220 с.
|