загрузка...

КРЕПЬ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВНА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТЮБИНГОВ


Строительство новых и поддержание действующих вертикальных стволов в условиях пересечения выработанных пространств, при попадании стволов в зоны влияния очистных работ, в слабых породах на больших глубинах сопряжено с значительными деформациями породного массива и повышенными нагрузками на крепь. При этом резко возрастает вероятность нарушения крепи. Использование в таких условиях жестких конструкций крепи из монолитного железобетона или металлобетона с высокой насыщенностью гибкой или жесткой арматурой не всегда эффективно, также как и увеличение толщины крепи более 0,5 м (что, к тому же, запрещено нормативами [1]).
При строительстве новых стволов и ремонте нарушенных участков действующих стволов в таких условиях целесообразно применение многослойных комбинированных крепей. В первую очередь для условий деформирующегося массива - многослойных радиально податливых конструкций, состоящих из податливого внешнего слоя, воспринимающего деформации массива, и внутренней грузонесущей части, вступающей в работу после разрушения податливого слоя частичной разгрузки массива. Эффективность таких крепей подтверждена положительным опытом ремонта нарушенных участков стволов в сложных условиях деформирующегося
188
массива, когда неоднократное перекрепление на жесткие конструкции не смогло обеспечить поддержание стволов на ряде шахт Центрального района Донбасса: ствол №4 шахты "Комсомолец", ствол №7 шахты "Кочегарка", клетевой ствол шахты "Булавинская", ствол №3 шахты "Торецкая" [2].
Грузонесущая часть многослойной комбинированной крепи может быть монолитной (бетонной, железобетонной, металлобетонной) или сборной из тюбингов с затюбинговым заполнением из твердеющих материалов. Податливый слой крепи может изготавливаться из пустотелых штучных элементов, насыпных или монолитных пористых материалов.
Наиболее              целесообразными              (эффективными и доступными              в
сегодняшних условиях) материалами для многослойных крепей являются: для грузонесущей части крепи - железобетонные тюбинги с затюбинговым цементно-песчаным или бетонным заполнением, для податливого слоя - низкомарочные пустотелые стеновые камни.
Железобетонные тюбинги конструкции НИИОМШС типа ТЖР обладают рядом положительных качеств, обусловленных заводскими условиями их изготовления, - гарантированно высокой прочностью, качеством              и
надежностью. Бетон класса В35 - В40 для изготовления тюбингов обеспечивает более высокую несущую способность крепи при меньшей толщине, большую стойкость к агрессивным воздействиям по сравнению с монолитным бетоном, класс которого не превышает В15 - В20. Кроме того, установка высокопрочных тюбингов на внутреннем контуре крепи наиболее эффективна с точки зрения восприятия возникающих в ней максимальных тангенциальных напряжений.
В пользу железобетонных тюбингов свидетельствует также положительный опыт их применения. В 60-е годы прошлого столетия (до широкого распространения передвижных металлических опалубок для возведения монолитной бетонной крепи) более 40 км стволов было закреплено железобетонными тюбингами. При этом максимальная глубина их применения достигла 1100 м. Несмотря на это при обследованиях за последние 35 лет более 250 стволов, имеющих нарушения крепи, было выявлено только три случая нарушения железобетонной тюбинговой крепи.
Многослойные комбинированные крепи отличаются многовариантностью конструкции в заданных границах, т.е. имея ограничение, например, по толщине крепи, комбинированная крепь позволяет получить несколько вариантов              конструкции              с различной несущей способностью и
материалоемкостью. Замена материала затюбингового заполнения с цементнопесчаного на бетонное, или введение в конструкцию крепи анкеров резко меняет несущую способность крепи и с технологической точки зрения легко осуществимо. Даже в условиях проходки ствола при встрече непредвиденных зон повышенных нагрузок быстрое изменение свойств крепи не является технически сложным.
Возведение многослойной комбинированной крепи с радиально податливым слоем на основе железобетонных тюбингов, как при новом строительстве, так и при ремонте действующих стволов, предпочтительнее производить в направлении снизу вверх. При этом обеспечивается простота возведения крепи и качество, однако требуется устройство опорных венцов и
189

возведение временной (передовой) крепи. При необходимости возможно возведение крепи с податливым слоем сверху вниз.
Геометрические и прочностные параметры многослойной радиально податливой крепи определяются расчетом исходя из ожидаемых нагрузок и деформаций породного массива.
Для проверки фактических деформативных свойств элементов податливости, применяемых в настоящее время, НИИОМШС провел ряд лабораторных испытаний пустотелых стеновых камней.

Испытания проводились в аккредитованной испытательной лаборатории НИИОМШС на гидравлическом прессе              ИПС-500,
обеспечивающем нагрузку до 5000 кН (рис. 1).

Рис. 1. Компрессионные испытания пустотелых элементов на прессе ИПС-500


Испытываемые пустотелые камни марки М50 с пустотностью 30% размером 190 х 188 х 390 мм располагались в стальной обойме, имитирующей податливый слой крепи. Испытания проводились сериями по двум схемам нагружения: первая схема - нагрузка прилагалась вдоль длинной стороны камней, вторая схема - вдоль короткой стороны перпендикулярно отверстиям, образующим пустоты в камнях.
При испытаниях фиксировалась зависимость деформации камней от нагрузки (рис. 2). При первой схеме нагружения начальные разрушения камней произошли при нагрузке более 600 кН, во второй схеме - при несколько меньшей нагрузке около 400 кН. Для обеих схем величина податливости при начальном разрушении составляла 5 - 10%.

Рис. 2. Зависимость объемной деформации пустотелых элементов от
нагрузки


Падение нагрузки после начального разрушения при продолжающейся деформации, свидетельствующее об уплотнении разрушающейся структуры камня, наиболее ярко выражено при второй схеме нагружения. Для первой схемы такое поведение под нагрузкой выражено менее ярко - нагрузка продолжает снова возрастать при реализации меньшей податливости.
Податливость равная 30%, соответствующая расчетной величине податливости камней, была достигнута в первой схеме при нагрузке порядка 910 кН, для второй схемы - при нагрузке порядка 620 кН.
Максимальная податливость 35% была достигнута в обеих схемах при близких значениях нагрузки порядка 970 - 1020 кН. Превышение расчетной податливости объясняется уплотнением разрушенного материала камней.
Проведенные испытания позволили экспериментально установить, что многослойные крепи с радиально податливым слоем из пустотелых низкомарочных камней способны воспринимать смещения массива до 60 - 170 мм (в зависимости от расположения пустотелых элементов).
Многослойные комбинированные крепи на основе железобетонных тюбингов с податливым слоем могут быть эффективно применены в сложных условиях деформирующегося массива, как при новом строительстве, так и при перекреплении нарушенных участков стволов. Кроме того, и в недеформирующемся массиве комбинированные крепи на основе железобетонных тюбингов и бетонного затюбингового заполнения (без податливого слоя) также способны воспринимать высокие нагрузки и обеспечивать безопасную эксплуатацию вертикальных стволов.
Комбинированные крепи на основе железобетонных тюбингов с бетонным заполнением, железобетонными анкерами и податливым слоем (при необходимости) являются эффективным средством крепления участков стволов, примыкающих к узлам сопряжений. Такая крепь способна обеспечить сохранность ствола, повысить устойчивость узла сопряжения, сократить затраты на ремонт крепи.
Высокая несущая способность комбинированной крепи на основе железобетонных тюбингов (до 1,75 МПа) в сочетании с возможность восприятия значительных деформаций породного массива позволяют рассматривать ее как альтернативу чугунной тюбинговой крепи (соизмеримая несущая способность и явное преимущество по стоимости). При этом современные гидроизоляционные материалы способны              обеспечить
необходимую водонепроницаемость тюбинговой крепи.
Монолитная железобетонная крепь по всем показателям уступает комбинированной крепи на основе железобетонных тюбингов и в настоящее время может служить примером неэффективного расходования материальных и денежных ресурсов.
Применение комбинированных крепей на основе железобетонных тюбингов регламентируется разработанным НИИОМШС              стандартом
Минуглепрома Украины [3].
Комбинированные крепи на основе железобетонных тюбингов типа ТЖР конструкции НИИОМШС были успешно применены в Восточном вентстволе №2 и Восточном воздухоподающем стволе АП "Шахта им.А.Ф.Засядько", в клетевом и скиповом стволах блока №10 ГП УК "Шахта "Краснолиманская", в Северном вентстволе шахты им.Н.П.Баракова.
Литература Подземные горные выработки: СНиП 11-94-80: 2 ч.: Нормы проектирования: утв. Госстроем СССР 31.12.1980. - М.: Стройиздат, 1982. - 31 с. Будник А.В., Прагер В. А. Прогрессивные технические решения по креплению стволов шахт // Материалы отраслевой научно-технической конференции "Прогрессивные решения по креплению и поддержанию горных выработок". - Харьков: НИИОМШС, 1996. - С. 36-41. Вертикальш стволи вугшьних шахт. Правила застосування комбшованого кршлення: СОУ 10.1.00174131.006:2007: утв. Минуглепромом Украины 24.12.07. - Харюв, НДЮМШБ, 2007. - 23 с.
УДК 622.817: 622.235
<< | >>
Источник: Неизвестный. Проблемы горного дела и экологии горного производства: Матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (14-15 мая 2009 г., г. Антрацит) - Донецк. 2009

Еще по теме КРЕПЬ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВНА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТЮБИНГОВ:

  1. Вертикальные судовые трапы
  2. ВЕРТИКАЛЬНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ
  3. Особенности «вертикального контракта»
  4. ТЮБИНГЕН (1788-1793). БЕРН (1793-1796)
  5. Понятие о вертикальной и горизонтальной профессиональной карьере
  6. СТРОИТЕЛЬСТВО С ПРИМЕНЕНИЕМ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
  7. СТРОИТЕЛЬСТВО С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
  8. КАТАЛОГ ОСНОВНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
  9. КОЛЬЦЕВАЯ БАЛКА ЗАМЕНЯЕТ СТЕНУ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА
  10. ПРОИЗВОДСТВО БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
  11. ДИАЛЕКТИКА КАК «ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ ДОГМАТИЗМ»
  12. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ
  13. Заводы железобетонных изделий
  14. МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ