Разработка методики расчета и обоснование параметров консольно-канатных армировок вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Котиков, Дмитрий Александрович

• Котиков, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Котиков, Дмитрий Александрович

Введение.

Глава I. Анализ современного состояния армировок вертикальных стволов.

1.1. Армировки вертикальных стволов.

1.1.1. Жесткие армировки.

1.1.1.1. Жесткие расстрельные армировки.

1.1.1.2. Жесткие консольные армировки.

1.1.2. Канатные армировки.

1.1.3. Комбинированные и смешанные армировки.

1.2. Способы закрепления элементов армировок в стволе.

1.3. Сравнительные характеристики армировок вертикальных стволов.

1.4. Идея работы, цель и задачи исследования.

Глава II. Исследование напряженно-деформированного состояния системы «армировка — крепь — массив» при знакопеременных нагрузках.

2.1. Анализ современных представлений о системе «армировка - крепь -массив».

2.1.1. Система «подъемный сосуд - армировка».

2.1.2. Система «армировка - крепь ствола».

2.1.3. Система «крепь - породный массив».

2.2. Аналитическое определение величин напряжений в системе «армировка -крепь - массив».

2.3. Определение величин и характера распределение напряжений в системе «армировка - крепь - массив» с помощью компьютерного моделирования.

2.4. Анализ результатов исследований.

Глава III. Расчет армировок вертикальных стволов.

3.1. Расчет жестких армировок вертикальных стволов.

3.1.1. Методика расчета элементов конструкций армировок по допустимым напряжениям.

3.1.2. Методика расчета элементов армировки по предельным состояниям.

3.1.3. Методика расчета элементов армировки по условию накопления усталостных повреждений.

3.1.4. Прочностной расчет заделки консолей.

3.1.4.1. Расчет консоли заделанной в лунку.

3.1.4.2. Расчет заделки консоли на анкерах.

3.2. Методика расчета элементов канатных армировок вертикальных стволов.

3.3. Система «армировка - крепь - массив» и анализ нагрузок на нее.

3.3.1. Нагрузки от движения подъемного сосуда.

3.3.2. Нагрузки со стороны массива.

3.4. Методика расчета армировки с учетом знакопеременных циклических динамических нагрузок.

3.5. Методика расчета натяжения направляющих канатов и отклонений подъемного сосуда при движении по трассе ствола.

Глава IV. Разработка рациональных параметров консольно-канатной армировки вертикальных стволов.

4.1. Направление совершенствования взаимодействия в системе «подъемный сосуд - армировка» (Направление совершенствования систем «подъемный сосуд - армировка»).

4.2. Конструкция консольно-канатной армировки с роликом-защелкой.

4.3. Технико-экономические показатели разработанных рекомендаций.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики расчета и обоснование параметров консольно-канатных армировок вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок»

На современном этапе развития горной отросли, ключевую роль в обеспечении добычи твердых полезных ископаемых подземным способом играют капитальные горные выработки. Как к одним из таких выработок, к вертикальным стволам предъявляются повышенные требования обеспечения безопасности и надежности их эксплуатации. С другой стороны, требования, предъявляемые к производственным мощностям предприятий и экономической целесообразности, требуют увеличения пропускной способности вертикальных стволов и грузоподъемности подъемных сосудов.

Вертикальные стволы относятся к 1 классу ответственности, так как их выход из строя приведет к остановке работы всей шахта (рудника). Поэтому эксплутационная надежность стволов на горном предприятии должна быть высокой, а применяемые конструктивные решения по креплению и армированию обеспечивать их длительную безремонтную эксплуатацию.

Армировка составляет существенную часть стоимости ствола (около 15%), трудоемкости (до 10%) и продолжительности строительства, а так же оказывает существенное влияние на производительность, надежность и экономическую эффективность работы подъемного комплекса. Эксплуатация армировки вертикальных стволов осуществляется в сложных климатических, горно- и гидрогеологических условиях, для которых характерны высокая влажность воздуха, значительные сезонные и суточные колебания температур вентиляционной струи, высокая влажность воздуха и т.д.

Поэтому проектирование схем и конструкций армировки, а также технологий армирования вертикальных стволов должны производиться с учетом перечисленных воздействий неизбежных в период эксплуатации стволов. Следует также отметить, что определенное влияние на режим эксплуатации армировки оказывает величина интенсивности подъема, которая в глубоких стволах достигает (8-И-)) • 106 Дж и более.

Одними из главных направлений совершенствования армировки, является замена балочных расстрелов консолями, консольно-распорными, блочными и канатными конструкциями. Это позволяет снизить металлоемкость, трудоемкость и стоимость армировки, а так же аэродинамическое сопротивление в стволе. Расширить область применения консольных армировок можно путем уменьшения величины динамических нагрузок передаваемых на консоли движущимися по стволу подъемными сосудами. Этого можно достичь или идя по пути обеспечения постоянной жесткости армировки по трассе ствола, или созданием систем консольно-канатных армировок.

Поскольку армировка стволов является одним из важных элементов подъемного комплекса, постольку от ее технического состояния и работоспособности зависят эффективность функционирования всего подземного технологического комплекса, а так же безопасность механизированного спуска-подъема людей и грузов. Таким образом, одной из важных проблем, которые возникают в процессе эксплуатации глубоких стволов, является обеспечение надежности функционирования армировки при движении по ним подъемных сосудов в рабочих и в технологически допустимых экстремальных режимах. [1]

Комплекс выполненных автором исследований посвящен разработке конструктивных и технологических решений безрасстрельной армировки, предназначенной для эксплуатации в глубоких и сверхглубоких стволах с высокой и средней интенсивностью подъема.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Котиков, Дмитрий Александрович

Заключение

Настоящая диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой на базе теоретических и экспериментальных исследований дано решение актуальной научно-технической задачи - обоснование технических и технологических решений по проектированию консольно-канатной армировки вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок от подъемных сосудов и геометрических параметров армировок, направленных на повышение работоспособности армировки и снижение итоговой стоимости строительства и эксплуатации ствола.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

- разработаны методические основы расчета консольно-канатной армировки вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок на ее элементы;

- определены величины и характер распределения напряжений в системе «а-к-м»;

- установлено, что безопасная эксплуатация консольно-канатной армировки может быть достигнута с применением предложенного автором узла соединения подъемного сосуда с канатным направляющим;

- на конечно-элементных моделях исследовано совместное влияние на армировку эксплутационных (со стороны подъемного сосуда) и внешних (со стороны крепи и породного массива) воздействий, возникающих на участках соединения канатного направляющего и консолей;

- обоснованы оптимальные расстояния между ярусами консолей с учетом величины коэффициента сопротивления канатного проводника поперечному усилию и характеристик подъемного сосуда;

- доказано, что использование консольно-канатной армировки сокращает расход металла до 50% по сравнению с консольной, и уменьшение диаметра ствола до 0,5 м по сравнению с канатной армировками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Котиков, Дмитрий Александрович, 2010 год

1. Прокопов А.Ю., Стандарченко С.Г., Плешко М.С. Новые решения в проектировании жесткой армировки вертикальных стволов. — Ростов н/Д. 2005. -216с.

2. Прокопов А.Ю., Богомазов A.A., Басакевич C.B. Определение дополнительных нагрузок на жесткую армировку стволов от эксцентриситета загрузки скипов / Вести донецкого горного института / Всеукраинский научно-технический журнал Донецк донту 2006г. С. 18.

3. Гаркуша Н.Г, Храмов A.A. Обзор мирового опыта проектирования жестких армировок вертикальных стволов шахт. Обзорная информация / цниэиуголь, ЦБНТИ Минуглепрома СССР. М.,1982. - 52 с.

4. Методика расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт — ВНИИГМ им. М.М. Федорова.- Донецк, 1985.- 170 с.

5. Пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников (к снип П-94-80). Гос. Ком. СССР по народн. Образ., Моск. Горн. Ин-т / Под ред. И.В. Баклашова. М.: Недра, 1989. - 160 с.

6. Прокопова М.В. Обоснование параметров крепи и жесткой армировки глубоких вертикальных стволов с учетом фактических отклонений от проекта в процессе проходки: Дис./ канд. Техн. Наук. Новочеркасск: ЮРГТ У(НПИ). 2004. - 139 с.

7. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко H.A., Нечаенко В.И. Технология строительства вертикальных стволов. М.: Недра, 1997. - 456 с.

8. Манец И.Г., Снегирев Ю.Д., Паршинцев В.П. Техническое обслуживание и ремонт шахтных стволов. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Недра, 1979.-327 с.

9. Ягодкин Ф.И., Вестфаль Т.О. Эффективная технология армирования вертикальных стволов / Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности. М.: цниэиуголь, 1990 - Вып. 8. - С. 18 - 30.

10. Патент №2232274 РФ. МКИ 7Е 21 D 7/02. Безрасстрельная армировка вертикального шахтного ствола/ А.Ю. Прокопов, М.С. Плешко. Опубл. 10.07.2004. Бюл. № 19. - 8 с.

11. Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2005.-с 132

12. Левит В.В. Разработка и обоснование технологии и параметров армирования вертикальных стволов с применением расстрелов на анкерах: Дис. канд. Техн. Наук. Днепропетровск. Государственная горная академия Украины- 1993.- 166 с.

13. Прокопов А.Ю. Технология армирования вертикальных стволов шахт безрасстрельными конструкциями армировки: Дисс. . канд. Техн. Наук. — Новочеркасск: НГТУ, 1998. 138 с.

14. Прокопов А.Ю., Плешко М.С. Безрасстрельная армировка вертикального шахтного ствола Патент №2232274 РФ. МКИ 7Е 21 Б 7/02./ Опубл. 10.07.2004. Бюл. № 19.

15. Горенцвейг И.Г. Прогрессивные конструкции армировок скиповых вертикальных стволов // Уголь. 1984. - № 4. - С. 22-25.

16. Проводник для подъемного сосуда А.с. 1221369 СССР МКИ Е 21 Д 7/02/. Ю.Б. Пильч, Ф.И. Ягодкин. Опубл. 30.03.86. Бюл. №12.

17. Плешко М.С. Совершенствование конструкций безрасстрельной армировки вертикальных подземных сооружений: Дис канд. Техн. Наук. — Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. 101 с.

18. Страданченко С.Г. Технология армирования вертикальных стволов на участках деформирующегося породного массива. Дисс. . канд. Техн. Наук. -Новочеркасск: НГТУ, 1998. 101 с.

19. Левит В.В., Ягодкин Ф.И., Будник A.B. Безрасстрельные конструкции армировки с жесткими проводниками Обзорная информация ЦНИИЭИУголь -М., 1993.-20 с.

20. Влияние параметров аварийного торможения подъемной машины на динамику системы «сосуд армировка» // Горная электромеханика и автоматика: Межвед. Науч.-техн. Сб. - 1999. - Вып. 2 (61). - С. 52-57.

21. Плешко М.С., Минкина Г.Н. Перспективы развития жесткой армировки в глубоких стволах / Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. Научн. Трудов. Донецк: «Норд — пресс», 2004. - 99 с.

22. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А. Технология армирования вертикальных стволов. М.: Недра, 1996. -202 с.

23. Федеральный сборник сметных цен на материалы, изделия и конструкции, применяемые в строительстве (ФССЦ-2001) Утвержден и введен в действие с 28 мая 2003 г. Постановлением Госстроя России от 20.05.2003 г. № 40.

24. Козел A.M. Геомеханические вопросы проектирования и поддержания шахтных стволов. СПб., ООО «Недра», 2001 - 216 с.

25. Беляев Н.М. Сопротивление материалов — М.: Наука, 1965 856 с.

26. Нормы безопасности при проектировании и эксплуатации канатных проводников многоканатных подъемных установок. Макеевка Донбасс: МАКНИИ, 1984.

27. Нормы безопасности при проектировании и эксплуатации канатных проводников одноканатных подъемных установок. Донбасс: МАКНИИ, 1984.

28. Прокопов А.Ю., Тимофеев Д.Н. Определение рациональной области применения жестких и упругих направляющих устройств подъемных сосудов. / Перспективы развития Восточного Донбасса: сб. Науч. Тр. Часть 1. /

29. Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). Новочеркасск: УПЦ "Набла" ЮРГТУ (НПИ), 2008. - 414 с.

30. СНИП П-94-80. «Подземные горные выработки».

31. Баклашов И.В., Пильч Ю.Б., Ягодкин Ф.И. Современное состояние и основные тенденции развития конструктивных решений жесткой армировки. // Сб.: Строительство предприятий угольной промышленности -М.: ЦНИЭИУголь. 1986, с. 29.

32. Баронский И.В., Смольников Ю.Б., Богомолов В.Д. О долговечности армировки вертикальных стволов с консольными расстрелами // Шахтное строительство. №4, - 1982. С. 20-22.