Обоснование эффективной технологии крепления глубоких вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях - Автореферат

В условиях глобальной мировой экономики одной из важнейших задач народного хозяйства Российской Федерации является сохранение ведущих позиций и дальнейшее эффективное развитие горнодобывающей отрасли, вносящей значительный вклад в валовой внутренний продукт страны. Обусловлено это тем, что с переходом горных работ на большие глубины и ухудшением горно-геологических условий, проектная несущая способность крепи увеличена в среднем в 2 раза, затраты на материалы крепи выросли в 1,5 - 2,0 раза, трудоемкость - в 2 - 2,5 раза, а производительность труда уменьшилась в 1,3 - 1,8 раза. Помимо объективных горно-геологических предпосылок одной из причин низкой технико-экономической эффективности проходки, крепления и эксплуатации глубоких стволов является использование устоявшихся подходов при их проектировании и строительстве, не всегда адекватных меняющимся условиям. Фундаментальные исследования последних лет в области геомеханики и геотехнологии позволяют утверждать, что качественное улучшение эффективности сооружения и эксплуатации глубоких стволов возможно при переходе к инновационным методам проектирования и строительства, предусматривающим выполнение системного анализа взаимодействия отдельных элементов геотехнических систем и активное внедрение передовых конструктивных и технологических решений на основе современных средств упрочнения массива, высокоэффективных материалов крепи, прогрессивных схем проходки и др. Диссертация выполнена в рамках темы НИР 17.05 «Исследование геомеханических процессов подземного пространства, влияние этих процессов на сопутствующие среды и земную поверхность», выполняемой в Шахтинском институте ЮРГТУ (НПИ) по заданию Федерального агентства по образованию, госбюджетной темы кафедры подземного, промышленного, гражданского строительства и строительных материалов П53-801 «Разработать средства и способы крепления и охраны горных выработок и обеспечения безопасности труда на горных и строящихся предприятиях», а также в рамках реализации программно-целевых мероприятий Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов, поддержанного Аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009 - 2010 гг.) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (государственный контракт 14.740.11.0427).Второй период характеризуется переходом к схеме «контактного взаимодействия крепи и массива», механизм которого существенно зависит от допускаемых этой крепью перемещений поверхности выработки и деформаций пород, при этом нагрузка на крепь может широко изменяться в одних и тех же условиях в зависимости от вида крепи и технологии крепления. Левита переход к рассмотрению системы «крепь - регулятивный элемент - породный массив», где под понятием «регулятивный элемент» подразумевается комплекс мер по управлению деформированием массива и крепи, например, изменение конструкции крепи, тампонаж, включение дополнительных податливых элементов и др. В целом внедрение рассмотренных научных достижений позволило решить ряд задач, стоящих перед строительной геотехнологией, однако единый механизм управляющих воздействий по повышению эффективности крепления глубоких вертикальных стволов, основанный на тесной взаимосвязи конструкции, параметров крепи и технологии ее возведения, учете влияния комплекса горнотехнических и технологических факторов, создан не был. Учитывая сложность определения на практике величины Еср (1-7)/E28, на основании обработки данных для учета жесткости крепи в раннем возрасте предложен коэффициент вида: где t - толщина крепи, м; Dств - диаметр ствола в свету, м; E7 - модуль деформации бетона в возрасте 7 сут.; E28 - модуль деформации бетона в проектном возрасте. Так, для анкеров, изготовленных из арматурной стали А-300, с полной заделкой стержня в скважине зависимость имеет вид где KF - коэффициент натяжения анкера (в долях от расчетной несущей способности); G - модуль сдвига пород, МПА?103; ? - объемный вес вышележащей толщи пород, МН; Н - расчетная глубина ствола с учетом коэффициента отличия напряженного состояния массива горных пород по сравнению с обычным, м; Р - плотность установки анкеров, анк./м2.

Основное содержание работы