О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи
Обґрунтовані параметри зведення якісного постійного бетонного кріплення вертикальних стволів з урахуванням геомеханіки масиву. Наведені результати лабораторних іспитів, спрямованих на оцінку негативних впливів гірського тиску на бетон кріплення на ранніх етапах твердіння....
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2004
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87315 |
| 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: | О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи / С.В. Борщевский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 143-149. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-87315 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-873152015-10-18T03:02:04Z О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи Борщевский, С.В. Обґрунтовані параметри зведення якісного постійного бетонного кріплення вертикальних стволів з урахуванням геомеханіки масиву. Наведені результати лабораторних іспитів, спрямованих на оцінку негативних впливів гірського тиску на бетон кріплення на ранніх етапах твердіння. The parameters of erection of qualitative constant concrete fastening of vertical trunks are proved in view of the geomechanics of a file. Given results of laboratory tests directed on a rating of negative influences of mountain pressure on concrete of fastening at early stages set of durability. 2004 Article О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи / С.В. Борщевский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 143-149. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87315 622.25 ru Геотехнічна механіка 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 |
Обґрунтовані параметри зведення якісного постійного бетонного кріплення вертикальних стволів з урахуванням геомеханіки масиву. Наведені результати лабораторних іспитів, спрямованих на оцінку негативних впливів гірського тиску на бетон кріплення на ранніх етапах твердіння. |
| format |
Article |
| author |
Борщевский, С.В. |
| spellingShingle |
Борщевский, С.В. О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Борщевский, С.В. |
| author_sort |
Борщевский, С.В. |
| title |
О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи |
| title_short |
О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи |
| title_full |
О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи |
| title_fullStr |
О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи |
| title_full_unstemmed |
О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи |
| title_sort |
о влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2004 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87315 |
| citation_txt |
О влиянии технологической схемы проходки ствола на качество и водонепроницаемость бетонной крепи / С.В. Борщевский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 143-149. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT borŝevskijsv ovliâniitehnologičeskojshemyprohodkistvolanakačestvoivodonepronicaemostʹbetonnojkrepi |
| first_indexed |
2025-07-06T14:54:18Z |
| last_indexed |
2025-07-06T14:54:18Z |
| _version_ |
1836909759906709504 |
| fulltext |
143
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ляшенко В.И. Природо- и ресурсосберегающие технологии и технические средства для подземной раз-
работки урановых месторождений // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2003. № 4. С.128-133.
2. Ляшенко В.И., Голик В.И. Геомеханический мониторинг горного массива и целиков при подземной раз-
работке урановых месторождений // Цветная металлургия. 2003. № 10.С.2-7.
3. Ляшенко В.И., Колоколов О.В., Разумов А.Н. Пути повышения безопасности подземной разработки ме-
сторождений урановых руд в зоне предохранительного целика под рекой // Металлургическая и горнорудная
промышленность. 2004. № 2. С.97-101.
4. Ляшенко В.И., Дудченко А.Х. Повышение эффективности подземной разработки урановых месторожде-
ний // Цветная металлургия. 2004. № 2.С.2-8.
5. Ляшенко В.И. Научные основы повышения безопасности жизнедеятельности в уранодобывающих ре-
гионах //Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. 2004. № 3.С.56-70.
6. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н. Повышение безопасности подземной разработки месторожде-
ний сложной структуры в зоне предохранительных целиков // Цветная металлургия. 2004. № 4.С.2-8.
7. Ляшенко В.И., Голик В.И. Средства геомеханического мониторинга породного массива при подземной
разработке рудных месторождений // Горный журнал. 2004. № 5. С.47-50.
8. Ляшенко В.И., Колоколов О.В., Разумов А.Н. Создание и внедрение природо– и ресурсосберегающих
технологий подземной разработки месторождений сложной структуры // Цветная металлургия. 2004. № 9.С.7-
14.
9. Ляшенко В.И., Голик В.И. Научные основы геомеханического мониторинга состояния горного массива
при подземной разработке месторождений сложной структуры // Цветная металлургия. 2004. № 10.С.2-10.
10. Ляшенко В.И., Голик В.И. Геомеханический мониторинг горного массива при подземной разработке
месторождений сложной структуры // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. № 2. С.68-71.
УДК 622.25
С.В. Борщевский
О ВЛИЯНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫПРОХОДКИ
СТВОЛА НА КАЧЕСТВО И ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТЬ
БЕТОННОЙ КРЕПИ
Обґрунтовані параметри зведення якісного постійного бетонного кріплення вертикаль-
них стволів з урахуванням геомеханіки масиву. Наведені результати лабораторних іспитів,
спрямованих на оцінку негативних впливів гірського тиску на бетон кріплення на ранніх
етапах твердіння.
ABOUT INFLUENCE OF THE TECHNOLOGICAL CIRCUIT SINKING OF
SHAFT ON THE QUALITY AND WATER RESISTANCE
CONCRETE PROP
The parameters of erection of qualitative constant concrete fastening of vertical trunks are
proved in view of the geomechanics of a file. Given results of laboratory tests directed on a rating
of negative influences of mountain pressure on concrete of fastening at early stages set of durability.
Вертикальные стволы являются уникальными инженерными сооружениями
по масштабу и сложности решаемых технических задач при строительстве и
эксплуатации шахт. При этом в общем комплексе горных выработок строящей-
ся шахты на долю стволов приходилось 20...25% стоимости и 30...50% общей
продолжительности строительства.
Анализ показывает, что стоимость проходки стволов прямо пропорциональ-
на толщине бетонной крепи и с ее увеличением на каждые 0,05 м возрастает на
5...7%. Одновременно увеличивается объем выемки породы на 2...3%, возраста-
144
ет расход бетона на 8...15%, а замена монолитного бетона железобетоном при
том же диаметре ствола и толщине крепи приводит к увеличению стоимости и
трудоемкости работ по проходке ствола на 30%. Поэтому поиск и разработка
эффективных направлений сокращения продолжительности строительства вер-
тикальных стволов и снижения расходов материально-технических ресурсов
является актуальной научно-технической проблемой, имеющей особо важное
народно-хозяйственное значение в связи с острой необходимостью реконструк-
ции и развития угольной промышленности Украины.
В настоящее время наибольшее распространение получила монолитная бетон-
ная крепь стволов, возводимая с помощью передвижных металлических опалубок
сверху вниз из сравнительно низких классов бетона по прочности, преимущест-
венно по совмещенной схеме проходки. Такая технология ведения работ в сочета-
нии с транспортированием бетонной смеси с поверхности по трубам обеспечивает
высокий уровень механизации и значительные скорости проходки, вместе с тем
требует повышенного расхода материально-технических ресурсов и не всегда по-
зволяет получить необходимое качество крепи. Бетонная крепь в вертикальных
стволах остается доминирующей крепью, на основе которой стремятся разрабаты-
вать новые технологии крепления стволов.
В работах [1, 2, 3] показано, что взаимодействие крепи вертикального ство-
ла с породным массивом определяется рядом факторов: технологической схе-
мой сооружения, видом крепи, длительностью ее возведения, характером ее
контактирования с породами и др. Комбинационное сочетание этих факторов
образует самые различные механизмы взаимодействия системы «крепь ствола –
породный массив». В основополагающей работе Г.А. Крупенникова [4] обстоя-
тельно рассмотрены режимы взаимодействия крепи ствола с массивом.
По мнению Н.С. Булычева [5] крепь и породный массив первичны, а нагруз-
ка на крепь – следствие их совместной работы, определяемая конкретной кон-
струкцией крепи и конкретным массивом пород. При таком подходе содержа-
ние понятия «нагрузка на крепь» утрачивает свое значение, так как опреде-
ляющую роль во взаимодействии системы играют «контактные напряжения».
На основании этих положений [6] способы и принципы повышения устой-
чивости вертикальных стволов угольных шахт можно объединить в следующие
группы:
1) выбор рациональной формы и субоптимальных параметров крепи, соот-
ветствующих геомеханическим (реологическим) свойствам приконтурных по-
род и режиму их взаимодействия со стволом;
2) выбор специальных регулятивных элементов, обеспечивающих эффек-
тивную реализацию конструктивных и технологических решений по защите
крепи и ствола в целом;
3) выбор способов и средств управления состоянием вмещающих ствол по-
род с целью повышения их приконтурной и глубинной устойчивости;
4) защита стволов от влияния проходимых выработок и очистных работ;
5) комбинация выше перечисленных способов и принципов.
Исследованиями [7] установлено, что взаимодействие системы «бетонная
145
крепь-порода» во времени подразделяются на два периода. Первый – характе-
ризуется интенсивным ростом смещений пород и нагрузок на крепь; второй –
сравнительно медленным увеличением смещений и нагрузок.
При этом нагрузка рассматривается как реакция крепи на перемещения, раз-
вивающиеся в породном массиве на контуре выработки, величина которых за-
висит от механической характеристики крепи.
В соответствии со схемой совместного деформирования общее перемещение
породной стенки за определенный промежуток времени U∞(Р) складывается из
двух частей: начального перемещения до установки крепи Uо и перемещения на
внешнем контуре крепи Uр, развивающегося в результате совместного дефор-
мирования крепи с массивом
U∞(Р) = Uо+ Uр (1)
Величина отставания постоянной крепи от забоя при совмещенной техноло-
гической схеме определяется по формуле
l = l о + l п + l в (2)
где: l о – высота опалубки, м; l п – высота оставляемой породной подушки;
l в – протяженность участка массива ниже забоя, в пределах которого происхо-
дят скрытые смещения пород к оси ствола.
Принимают: l п=0,5 м; l в=0,5(lо+lп).
Радиальное смещение стенок ствола с учетом влияния забоя рассчитывают
по формуле
Uо
* = Uо ⋅ f3 (4)
Uо – начальное смещение стенок ствола в сечении, удаленном на расстоянии
l ≥ 4r1; f 3 – значение корректирующей функции, учитывающей влияние забоя
на радиальное смещение незакрепленных стенок, определяемая по графику
рис. 1, из которого следует, что основные смещения протекают в первый пери-
од на участке протяженностью до 4 радиусов ствола в проходке.
Если принять скорость подвигания забоя 60 и 120 м в месяц, то продолжи-
тельность первого периода составит для ствола с диаметром в проходке 7,6 м,
соответственно:
сут7,6
2
43,8
V
4r
пр
1 =⋅=
сут3,8
4
43,8
V
4r
пр
1 =⋅= (5)
146
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
l /r
f3
Рис. 1 – График зависимости корректирующей функции от расстояния сечения
крепи до забоя ствола
а продолжительность проходческого цикла, в течение которого стенки ство-
ла остаются не закрепленными, соответственно
сут1,2
4
0,54,2
сут2,4
2
0,54,2
≅+
≅+
(6)
Отсюда следует вывод, что при совмещенной технологической схеме проход-
ки ствола, предусматривающей возведение бетонной крепи вслед за подвиганием
забоя, процесс твердения бетона совмещается с первым периодом. При этом, чем
выше скорость подвигания забоя ствола, тем более интенсивному возведению
горного давления подвигается бетон крепи в раннем возрасте твердения.
Под воздействием возникающих напряжений в твердеющем материале про-
исходит развитие пластических деформаций и ползучести, которые в целом не
разрушая конструкцию, приводят к разрыву кристаллических связей и образо-
ванию дислокаций, что снижает конечную прочность твердеющего материала.
В связи с этим для оценки негативных воздействий горного давления на бе-
тон крепи на ранних этапах твердения были проведены лабораторные исследо-
вания, позволившие получить зависимости снижения прочности бетона в ре-
147
зультате нагрузки в начальный период твердения, равный 168 часов.
В качестве способа определения прочностных свойств бетона было принято
раздавливание их на прессе.
Исследованиями ставилась задача определения прочности бетона на протя-
жении 7 суток (164 часов) и изменения прочности в зависимости от различной
величины пригрузок для каждого момента времени этого периода.
Для получения достаточно представительных результатов было запланиро-
вано провести две серии экспериментов.
Первая серия, контрольная, состояла из испытаний образцов в возрасте 1, 3, 7 и
28 суток без пригруза (по два образца в каждом возрасте). Всего 8 испытаний.
Вторая серия включала испытания образцов в возрасте 1, 3 и 7 суток с при-
грузом 10, 30, 50, 70 и 90% от прочности контрольного образца, процесс твер-
дения которого происходил без внешних пригрузок (по два образца). всего 30
испытаний.
Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 10180-90 и СНиП 2.03.01-
84 [7,8,9].
Для испытания изготавливались образцы в виде куба с ребром 70 мм в не-
разъемных формах с технологическим уклоном из бетона класса В15 (М200) по
прочности следующего состава (из расчета на 1 м3 бетона):
Цемент - 360 кг
Песок - 705 кг
Щебень - 1102 кг
Вода - 192 кг
В/Ц - 0,6
Подвижность - 17 см.
Испытание контрольной серии производилось на стандартном испытатель-
ном прессе П125 с точностью до 0,1 МПа.
Прочность бетона в образце определялась по формуле
A
FRk
i α= (7)
где F – разрушающая нагрузка, Н; А – площадь рабочего сечения образца, мм2;
α – масштабный коэффициент, равный 0,85 для куба с ребром 70 мм.
Средняя прочность серии из двух образцов RS определялось (n=2) с коэффи-
циентом d1=1,13.
Для испытания образцов с пригрузом был использован ручной винтовой
гидравлический пресс с тарированными пружинами, способными развивать
усилие до 90 и 95 кН. Нагрузка, создаваемая прессом, определялась по величи-
не деформации пружины.
В связи с непредставившейся технической возможностью создания непре-
рывно возрастающей нагрузки в заданный период времени пригружения произ-
водились поэтапно через 2 часа с 7 часов до 19 часов каждых суток.
На основании обработки данных эксперимента были получены следующие
148
зависимости, которые описываются следующими корреляционными уравне-
ниями:
Rt R=-0.285x2+3.905x-2.346
0,1Rt R=-0.239x2+3.6x-2.185
0,3Rt R=-0.214x2+3.343x-2.087
0,5Rt R=-0.171x2+2.727x-1.689 (8)
0,7Rt R=-0.109x2+1.83x-1.15
0,9Rt R=-0.027x2+0.614x-0.367
Анализ данных позволяет сделать следующие выводы:
- под воздействием пригрузок на бетон на ранних этапах твердения, наибо-
лее существенное влияние на его конечную прочность оказывают пригрузки
величиной более 0,5Rt. Так при пригрузке 0,1Rt прочность бетона на 7 сутки со-
ставила 98% от прочности материала, не подвергшемуся воздействию пригузки,
при величине 0,5Rt– 78%, 0,7Rt– 55% и 0,9Rt– 23%;
- чем выше скорость подвигания забоя, тем более интенсивному воздейст-
вию горного давления подвергается бетон крепи в раннем возрасте твердения;
- для исключения вредного влияния интенсивно возрастающего горного
давления в первом периоде необходимо постоянную монолитную бетонную
крепь возводить с отставанием от забоя равным, не менее чем четырех радиу-
сов, сечения ствола вчерне.
Кроме того, такое отставание постоянной крепи от забоя исключает вредное
влияние буровзрывных работ на твердеющий бетон.
Повышение класса бетона по прочности и водонепроницаемости, а также
качества бетонной крепи может быть достигнуто: применением жестких бетон-
ных смесей со спуском в специальных контейнерах и укладкой за опалубку с
вибрированием; отставанием постоянной крепи от забоя, в целях предохране-
ния бетона в раннем возрасте твердения от вредного влияния буровзрывных ра-
бот и интенсивного роста горного давления в первом периоде его проявления, а
также снижения переборов пород.
Перспектива совершенствования технологии крепления должна быть связа-
на с применением упрочняющей гидростойкой крепи, цементации и использо-
ванием геомеханических факторов при рассмотрении совместной работы сис-
темы «крепь ствола – вода – породный массив», что потребует дополни-
тельных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Миндели Э.О., Тюркян Р.А. Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт. – М.: Недра, 1982. –
312 с.
2. Козел А.М., Борисовец В.А., Репко А.А. Горное давление и способы поддержания вертикальных ство-
лов. – М.: Недра, 1976. - 293 с.
3. Булычев Н.С. Основные вопросы строительной механики вертикальных стволов, сооруженных бурением
и обычными способами: Автореф. … дис. док. техн. наук: 05.313/ЛГИ., 1971. – 56 с.
4. Крупенников Г.А. Горнотехнические принципы постановки аналитических задач механики горных по-
род / Проблемы механики горных пород. – Алма-Ата, Наука, 1966. – с.226-237.
5. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1982. – 270 с.
6. Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комбинированных способов крепления верти-
кальных стволов в струтурно неоднородных породах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени
149
д-ра наук. Днепропетровск, 1999, - 36с.
7. Указания по определению параметров и конструкций крепи вертикальных стволов и приствольных ка-
мер на больших глубинах в горно-геологических условиях Центрального и Стаханово-Первомайского районов
Донбасса. Л.: ВНИМИ, 1981, 72 с.
8. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР. – М.: Издательство стан-
дарт, 1989.
9. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Госстрой СССР. –
М.: Издательство стандартов, 1990.
УДК 622.33
А.Л. Гриффен
ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАТРАТ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ
СТВОЛОВ УГОЛЬНЫХШАХТ
Наведено дані аналізу основних причин руйнування кріплення вертикальних стволів ву-
гільних шахт. Визначено параметри процесів теплопередачі при подачі повітря в зимовий
час і запропоновані технічні рішення, що виключають процес льодоутворення в місцях об-
мерзання кріплення.
OPTIMIZATION OF EXPENDITURES AT EXPLOITATION
OF SHAFTS OF COAL MINES
The results of analysis of the main causes of vertical shaft lining destruction are presented. Pa-
rameters for the heat transfer processes during air supply in winter period are determined and engi-
neering solutions are proposed preventing ice formation in the places of lining frosting
Производственная мощность шахты определяется пропускной способно-
стью основных технологических звеньев, в частности, подъемом, одним из ос-
новных элементов которого является шахтный ствол. Удельный вес основных
фондов при подземном способе добычи достигает 90% затрат, из которых на
подземные сооружения и горные выработки приходится 60%. В частности, по
Донецкому бассейну на шахтные стволы приходится 28,3% от стоимости под-
земных сооружений [1]. Особенностью шахтных стволов является необходи-
мость поддержания их работоспособного состояния на весь срок службы пред-
приятия.
Данные о состоянии крепи 408 действующих стволов 150 угольных шахт
Украины свидетельствуют, что у 40% из них за время эксплуатации возникали
нарушения крепи. В процессе эксплуатации стволов на надежность и долговеч-
ность их крепи, в основном, оказывают влияние: непредвиденные сложные гор-
но-геологические условия, очистные работы, поддержание выработок около-
ствольного двора и наличие агрессивной среды, обмерзание и низкое качество
крепи.
В удельном весе основных причин, вызывающих нарушения крепи, 9% при-
ходится на обмерзание крепи стволов, вызванное недостаточным обогревом в
зимнее время. Это приводит к их обмерзанию до глубины 300-400 м и деструк-
тивным процессам в крепи, которые усугубляются агрессивностью шахтной
воды или низким качеством материала крепи. Обмерзающая поверхность бето-
|