автореферат диссертации по строительству, 05.23.18, диссертация на тему:Научно-технические основы снижения затрат ресурсов при буровзрывной проходке транспортных тоннелей

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи КОНОНОВ Виктор Михайлович

УДК 622.235

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ РЕСУРСОВ ПРИ БУРОВЗРЫВНОЙ ПРОХОДКЕ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Специальности: 05.23.18 — «Подземное строительство», 05.15.11 — «Физические процессы горного производства»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в ордена Октябрьской Революции научно-исследовательском институте транспортного строительства

докт. техн. наук, проф. МЕРКИН В. Е. Официальные оппоненты: докт. техн. наук, ¡проф. МОСТКОВ В. М'., докт. техн. наук, >проф. НИЛЬВА Э. Э., докт. техн. наук, проф. КРЮКОВ Г. М.

Ведущее предприятие — Специальное (конструкторско-технологическое бюро «Тоннельметрост>пгиЬ -

в 'г. , час.* на заседании специализированного совета Д-0.53.1'2.// в Московском горном институте по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

(ЦНИИС).

Научный -консультант

Защита диссертации ^состоится

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь спецяализироеанного совета

докт. техн. наук, проф. ШУПЛИК М. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Подземные сооружения являются сложной, дорогостоящей и трудоемкой подотраслью стройин-дустрни. >В настоящее время следует ожидать резкого возрастания объемов подземного строительства, и в ¡первую очередь, за счет линий метрополитенов, освоения 'подземного пространства для размещения различных промышленных объектов, складов и экологически неблагоприятных производств.

Анализ тенденций развития технологи» строительства подземных сооружений в скальных грунтах ¡показывает, что буровзрывной способ проходка остается превалирующим, однако технико-экономические .показатели технологии не в полной мере отвечают современным требованиям. Новые условия хозяйствования выдвигают на первый план вопросы повышения темгоов горнопроходческих работ, снижения затрат материальных, трудовых, энергетических к финансовых ресурсов. Соответственно возрастает актуальность выбора эффективных схем организации работ, повышения технологической дисциплины и ¡поиска ыовых технических решений, интенсифицирующих производственный процесс.

Многочисленные дефекты контура горных вьпра'боток и приконтурного массива (сверхнормативные .переборы, трещи-новатость и шероховатость), обусловленные некачественным производством буровзрывных работ, снижают несущую способность горного массива, ¡препятствуют широкому распространению нематериалоемких тилов .крепи и. приводят к сверхнормативным затратам ресурсов.

Эффективная концепция проходки тоннелей с раскрытием сечения на 'возможно больший /профиль, обуславливающая целесообразность применения высокопроизводительных буровых агрегатов портального типа, входит в противоречие с практикой строительства из-за несоответствия на отдельных участках тоннеля проходческого оборудования горно-геологическим условиям проходки. При этом длительность перестройки схемы организации работ, вызванная переходом на другой, например на уступный способ проходки, достигает нескольких ¡месяцев, что приводит к принципу выбора технологии работ,

предназначаемой только для проходки участков с ухудшенными горно-геологическими условиями. При таком .подходе игнорируется возможность достижения более высоких технико-экономических показателей на других участках трассы тоннеля, имеющих лучшие горно-геолошчеокие условия.

Оказанное выше -приводит к тому, что, например, только в транспортном тоннелестроении доля ручного труда на горнопроходческих работах составляет 46%, наблюдается повсеместное превышение как сметной стоимости строительства, так и сроков строительства.

В связи с этим разработка научно обоснованных технических и технологических решений по снижению затрат ресурсов при строительстве тоннелей шредставляется актуальной и является значительным вкладом в ускорение научно-технического прогресса.

Целью работы является научное обоснование новых технических решений по организации горнопроходческих работ и разрушению скальных грунтов взрывом, обуславливающих функционально необходимые затраты ресурсов и ускоряющих научно-технический прогресс дри буровзрывной проходке тоннелей.

Основная идея работы заключается в формировании технологически достижимого физического состояния приконтур-ного массива за счет нового метода оконтуривания выработок шпурами с профильным.» надрезами и в снижении стоимости строительства за счет новых схем организации горнопроходческих работ, интенсифицирующих производственный .процесс.

Методы исследований. Применялся комплексный метод исследования, включающий функционально-стоимостный анализ, метод научного обобщения и анализа, метод аналитических исследований, а также метод экспериментальных исследований, включающий экспертную оценку, физическое .моделирование и выдвижение типотез о структуре исследуемого объекта с последующими лабораторными, полигонными и натурными испытаниями. При решении теоретических задач и обработке экспериментальных данных с применением ЭВМ ■применялись методы математической статистики—'регрессионный и корреляционный анализ.

На защиту выносятся:

■1. Теоретическое решение задачи снижения затрат ресурсов путем уменьшения вредного действия взрыва на прикон-турный массив и обеспечения возможности назначения ресурсосберегающих параметров крепи, отличающееся учетом при 'проектировании 'параметров БВР прогноза; базирующегося на теоретическом обобщении ранее выполненных исследований по влиянию действия взрьгва на устойчивость приконтур-ного массива, и назначением технологически достижимых па-

раметров состояния поверхности контура выработок, определяемых по вновь установленным зависимостям.

2. Многофакторные зависимости, впервые устанавливающие величину технологически достижимой шероховатости поверхности контура, выработок при буровзрывной проходке и обуславливающие количественные связи физико-технических свойств горного массива с параметрами шероховатости и затратами функционально необходимых ресурсов на крепление.

3. Установленные многофакторные зависимости по определению ¡параметров оконтуривания горных выработок, обуславливающие повышение качественных показателей физического состояния приконгурного .массива, отличающиеся учетом влияния профильных надрезов на величину удельного расхода взрывчатых веществ и на формирование напряженного состояния в околошпуровом пространстве, а также зависимости, впервые определяющие основные параметры технологического оборудования, реализующего метод оконтуривания выработок шпурами с профильными надрезами, и связь этих параметров с производственным процессом.

4. Зависимости, обосновывающие вь{бор экономически целесообразного варианта технологии и механизации горнопроходческих работ, отличающегося более полным учетом реальной возможности интенсификации технологических операций и гибкой приспособленностью к изменению способа проходки на основе учета взаимосвязи объективной горно-геологической ситуации с производственными и экономическими аргументами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

физической и математической корректностью теоретических и экспериментальных исследований с применением современных измерительной аппаратуры и методов расчета при определении зависимостей, устанавливающих параметры буровзрывных работ и состояния приконтурного массива (коэффициент вариации не более 15% при надежности 0,95);

■качественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований по режимам буровзрывных работ с результатами их определения визуальными и сейсмо-акустическими методами в производственных условиях (коэффициент 'вариации равен 19% при надежности 0,9);

'положительными результатами независимой апробации разработанного метода оконтуривания горных выработок, проведенной специалистами ряда организаций, и технико-экономическими данными, полученными при практическом использовании научных результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Научно обоснован комплексный цодход к снижению затрат ресурсов при буровзрывной проходке горных выработок,

базирующийся на установлении технологически достижимых параметров состояния приконтурного массива в конкретных горно-геологических условиям проходки.

2. Получены аналитические зависимости для определения технологически достижимых параметров состояния поверхности контура горных выработок, устанавливающие взаимосвязь параметров шероховатости контура с горно-геологическими параметрами лри взрывной разработке скальных грунтов.

3. Дано аналитическое описание процесса разрушения взрывом околошпуровой зоны, ослабленной профильным надрезом, учитывающее влияние коэффициента концентрации напряжений и устанавливающее связь геометрических параметров зоны с параметрами заряжания.

4. Установлена многофакгорная зависимость, определяющая связь удельного расхода ВВ с прочностными параметрами скального грунта и геометрическими параметрами надреза в .шпуре.

5. Получены закономерности для определения параметров 'буровзрывных работ, устанавливающие количественные связи между элементами технологии буровзрывных работ при оконтуривании выработок шпурами с профильными надрезами.

6. Обоснованы технико-экономические взаимосвязи, обуславливающие целесообразность организации горнопроходческих работ по гибкой схеме с переходами от способа проходки сплошным забоем на уступный и обратно.

Научное значение работы заключается в теоретическом обосновании, условий и .метода формирования физического состояния приконтурного массива, а также организации горнопроходческих работ, обуславливающих функционально необходимые затраты, ресурсов.

Практическое значение работы:

разработана методика технико-экономической диагностики технологического процесса, позволяющая путем соотношения роли (значимости) технологической операции с затратами на ее реализацию устанавливать -места .концентрации затрат ресурсов;

установлены граничные значения критериев .между технологиями «обычное взрывание» и «контурное взрывание», позволяющие осуществлять оперативный контроль за технологической дисциплиной;

разработан эффективный метод взрывных работ на основе шпуров с надрезами по авт. свид. № 1343931, обеспечивающий качественное оконтуривание горных выработок без увеличения объема буровых работ и снижающий затраты труда по проведению контура выработки в 'безопасное состояние;

разработано принципиально новое оборудование для реализации метода оконтуривания горных, выработок шпурами с

надрезами, сочетающееся с существующим буровым оборудованием; • • -

предложены прогрессивные высокопроизводительные технологии и новые технические средства для проходки тоннелей в изменяющихся горно-геологических условиях, частично совмещающих операции и сокращающие затраты трудовых ресурсов и сроки строительства;

предложены новые расчетные методы параметров БВР, которые доведены до нормативных документов, повышающих обоснованность проектирования горнопроходческих работ;

разработан комплекс новых технических решений, защищенных блоком авторских свидетельств, обеспечивающих значительное (Повышение технического уровня буровзрывной проходки тоннелей, интенсификацию производственного процесса,

Реализация работы. Результаты выполненных исследований реализованы:

в проектах строительства ст. «Тимирязевская» Московского метрополитена (ППР-ТО-358, СМУ-1 УС «Мосметро-строй») и в современной -практике буровзрывных работ при строительстве других объектов Главтоннельметростроя, что обеспечило снижение продолжительности проходческого цикла и. улучшение общих технико-экономических показателей;

при создании экспериментальных, опытных и опытшмгро-мышленных образцов оборудования для бурения шпуров с профильными надрезами;

в прогрессивных технологических схемах с совмещением на 30% процесса возведения арочных крепей с уборкой горной массы при проходке Мысовых № 2 и. 4 тоннелей БАМа;

В нормативно-методических документах и рекламных про-, спектах, к основным из которых относятся «Посо'бие по производству и приемке работ ;при сооружении горных транспорт-' ных тоннелей» (М., ЦНИИС, 1989 г.); «ВСН-Т26-90. Крепление выработок .набрызг-бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей. Нормы проектирования и производства работ» (М., ВПТИтрансстрой, 1991 г.); «Ресурсосберегающие технология и оборудование для направленного разрушения скальных пород» (М., Влешторгиздат, 1990 г., русск,,. англ., нем., фр.); «Принципиально новые материалы и технологии» (М., ТВИН, 1991 г., русск., англ.); «Технические указания по проектированию и производству взрывных работ при строительстве тоннелей и метрополитенов» ВСН 213—92 (М„ ВПТИтрансстрой, 1992 г.— в издании).

Общий народнохозяйственный экономический эффект от внедрения основных разработок по объектам подземного строительства составил 2,064 млн. руб., из которых 1,183 млн. руб. отражены в Госстатотчетности СССР (форма 4-НТ).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и получили одобрение на секции строительства тоннелей и метрополитенов Научно-технического совета Минтрансстроя СССР (11990 г.); на секции строительства тоннелей и метрополитена Ученого совета ЦНИИС (1983—11992 гг.); на Всесоюзной встрече специалистов по теме «Рациональное применение бурового инструмента—важный резерв экономии остродефицитных вольфрамсодержащих твердых сплавов и повышения производительности'труда» (Москва, 1988 г.); на научно-технической конференции «Пути повышения качества, надежности и долговечности конструкций инженерного назначения» (Хабаровск, 1988 г.); на семинаре «Пути реализации программы «Мировой уровень» повышения технического уровня при строительстве метрополитенов и транспортных тоннелей» (Москва, ВДНХ СССР, 1990 г.); на семинаре «Новое в теории, технологии и технике бурения» (ИГД им. А. А. Скочинского, 1990 г.); на заседаниях технических советов НИГРИ и треста «Кривбасашахтопроходка» (г. Кривой Рог, 1989 г.); на научно-техническом совещании по обмену передовой технологией проходки горных выработок Мингео СССР (г. Кировоград, 1989:г.).

Разработанная технология «онгурного взрывания на основе шпуров с надрезами прошла положительную независимую апробацию специалистов ИГД АН республики Казахстан при проходке выработок на Тишинском руднике Лениногорского лоликамбината и треста «Золотошахтопроходка» и специалистов НИИОМШСа при -проходке выработок на шахтах Донбасса «Октябрьская-Южная», им. С. В. ¡Косиора, «Украина».

За 'разработку конструкции бурового проходческого агрегата автор удостоен премии Всесоюзного конкурса 'ВСНТО на лучшее техническое решение ло проблемаим строительства тоннелей БАМ, проводимого ЦС ВОИР СССР (1983 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 54 работах автора. Из них основополагающими являются 27 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 195 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 263 наименований и 7 приложений.

Автор выражает искреннюю благодарность коллективу кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт» Московского горного института за постоянную поддержку при выполнении работы. Особую благодарность автор приносит профессорам Картозия Б. А. и Шуплику М. Н., методическая помощь, советы и консультации которых способствовали завершению диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Строительство подземных сооружений требует больших затрат материальных, трудовых, энергетических и финансовых ресурсов. Различные аспекты проблемы снижения затрат ресурсов путем оптимизации технологических схем проведения выработок в горнодобывающих отраслях и в »подземном строительстве решались в работах Верхотурова В. С., Ганзе-на Г. А. Дмитрака Ю. А., Ляшенко И. В., Лыхина П. А., Ниль-вы 3. Э., 'Петренко Е. В., Покровского Н. М., Скубы В. Н., Федунца Б. И., Черепанова Г. С., Шевякова Л. Д. и других специалистов.

'Вопросы снижения затрат ресурсов в тоннелестроении и в подземном строительстве как путем совершенствования технологии проходки, так и совершенствованием отдельных технологических операций ставились и решались в исследованиях Абрамсона X. И., Власова С. Н., Гарштейна Э. А., Голицын-ского Д. М., Демешко Е. А., Дормана Я. А., Маковского В. Л., ¿Теркина В. Е., Мосткова В. М., Насонова И. Д., Попова В. Л., Шугглика М. Н., Якобса В. В. и др.

На базе выполненных исследований разработаны инженерные методы расчета элементов ¡проходческого цикла, а также нормы проектирования и строительства, определяющие функционально необходимые объемы затрат ресурсов (рис. 1) и завершающие определенную стадию развития технологии тоннелестроения.

Анализ данных рис. 1 и результатов выполненных исследований показывает, что важнейшим путем снижения затрат трудовых ресурсов является сокращение продолжительности технологических операций, интенсификация процесса проходки. Сокращение же затрат материальных ресурсов обеспечивается максимальным использованием несущей способности горного массива, повышением устойчивости горных выработок, что является обуславливающим факторам применения типов крепления, обладающих низкой материало- и трудоемкостью. Расчеты устойчивости горных выработок и параметров их крепления базируются на работав целой плеяды отечественных и зарубежных ученых, представляющих различные научные направления в этой области подземного строительства и горного дела (работы Амусина. ¡Б. 3., Антонова О. Ю., Бак-ла'шова И. В., Бокия Б. В., БоршЖомлониеца В. И., Булычева Н. С., Диниика А. Н., Дормана И. Я-, Заславского Ю. 3., Изаксона \В. Ю., Картозия Б. А., Каспарьяна Э. В., Кооко-ва И. Г., Кузнецова Г. Н., Протодьяконова М. М., Фотие-вой Н. Н. и др.), разработавших современные подходы к проектированию экономичных конструкций ¡подземных сооружений и к установлению наименее ресурсозатратных способов их крепления.

Устойчивость горных выработок является в общем виде функцией физического состояния приконтурного 'Массива, определяемого его напряженностью и прочностью скального грунта. На напряженность массива оказывает (помимо формы сечения выра'ботки и веса вышележащего грунта) значительное влияние шероховатость поверхности контура, т. е. количество и высота выступов и впадин, увеличивая уровень его напряженности. Прочность скального грунта определяется его структурой, в которой немаловажную роль играет трещинова-тость как естественного происхождения, так и сформированная технологическим воздействием.

Нормативные документы транспортного тоннелестроения рекомендуют производить оценку устойчивости выработок, и, соответственно, предварительный выбор крепи по величине характеристической прочности 5 скального грунта:

5 - 1,07£/<, К2КяК*К,КеК-, (1)

где Я—'сопротивление образца грунта «в куске» одноосному сжатию, МЙа:; Кь...,К7—''безразмерные коэффициенты, учитывающие строение массива, из 'которых Кз = I {Т), где Т — трещиноватость массива, м-1.

При оценке устойчивости выработок с учетом напряженного состояния расчетное сопротивление скального грунта сжатию также уменьшается на величину коэффициента Кс, являющегося функцией трещиноватости масива, т. е.

ЯС=Я-КС. (2)

Считая, что действие взрыва оказывает важнейшее влияние на параметры физического состояния приконтурного массива, автор проанализировал состояние данного вопроса в тоннелестроении: и в других родственных отраслях.

Многочисленные публикации в научно-технической литературе указывают на значительный перерасход материальных и финансовых средств, обусловленный необходимостью работ на устранение вредного действия взрыва (длительная оборка 'кровли и стен, увеличенный объем погрузки и транспортировки торной массы, работы по за'бутовке, перерасход бетона на обделку и т. д.).

Проведенные в диссертации исследования на 12 объектах подземного строительства показали, что при проходке 1 м выработки сечением 33,7 м2 сверхнормативные затраты бетона составили около 7 куб. м, а сверхнормативные трудозатраты составили 12,4 чел.-ч.

Из диаграммы на рис. 1, построенной по результатам этих исследований, следует, что превышение сметной стоимости строительства, обусловленное только некачественным оконту-риванием выработок, составляет около 21!%.

Важнейшим путем повышения устойчивости: горных выработок является технология контурного взрывания. На основе многочисленных исследований отечественных и зарубежных 8

специалистов, как, например, Азарковича А. Е., Александрова В. Е., Боровикова В. А., Бротанека И., Вильда X. В., Давыдова С. А., Зонгьяна й., Исакова А. Л., Ключникова А. 'В., Кутузова Б. Н., Крюкова Г. М., Кузнецова В. А., Родионова В. Н., Рудакова Ю. В., Степанова П. Д., Холмберга. Р., Шапиро В. Я. и др., обоснованы методы расчета параметров БВР при контурном взрывании и разработаны практические рекомендации по его применению. Однако широкого распространения этой технологии пока не наблюдается. Основными причинами данного положения являются необходимость увеличения объема буровых работ, приводящая к снижению темпов проходки и к увеличению расхода остродефицитных воль-фрамсодержащих твердых сплавов, а также отсутствие количественных критериев для оценки технологически достижимой величины шероховатости поверхности контура. Последнее является нередко и причиной необоснованных требований к ¡качеству оконтуривання, выдвигаемых заказчиком к тоннеле-сгроителям. Исследования показали, что из новых разработок в области контурного взрывания интерес представляет применение шпуров с профильными надрезами, вершины которых являются местом концентрации напряжений, что открывает возможность за счет .усиления местного действия взрыва, в вершйнах надрезов снизить действие взрыва на пркконтурный массив. Однако отсутствие практических рекомендаций по применению этого метода и технологических средств для его реализации не позволяют пока использовать данный метод.

Эффективная концепция проходки тоннелей с раскрытием сечения на полный профиль и применением высокопроизводительных буровых агрегатов портального типа входит зачастую в противоречие с практикой горнопроходческих работ, когда вследствие низкой надежности информации, имеющейся у тоннелестроителей о горно-геологической ситуации по трассе проходки (по данным специалистов США она составляет около 1% по сравнению с той, которая становится известной после окончания .проходки), .происходят длительные (до нескольких месяцев) простои технологического комплекса из-за несоответствия на отдельных участках трассы выбранной схемы организации работ горно-геологическим условиям. Необходимый в таких ситуациях оперативный переход с одной технологической схемы на другую, например, переход со способа проходки сплошным забоем на проходку нижним уступом, без существенного изменения состава основного .проходческого оборудования невозможен также и из-за неприспособленности буровых агрегатов портального типа к ¡подобным трансформациям. Это приводит к устоявшейся практике выбора технологических схем проходки «на худший случай», т. е. к назначению схем, которые эффективны для наиболее характерных горно-геологических ситуаций по трассе, при игнорирова-

нии возможности использования более благоприятных условий проходки на других участках трассы для назначения менее ресурсозатратных схем .проходки.

Таким образом, несмотря на определенные успехи в технологии буровзрывной проходки уровень ручного труда при этой технологии составляет, например в транспортном тоннелестроении, 46%, темпы проходки, однопутных ж,- д. тоннелей даже в благоприятных горно-геологических условиях не превышает в среднем 75—76 .м/мес., а производительность труда проходчиков находится в пределах 3,1—3,5 м3/чел.-см. Характерная для буровзрывного способа проходки цикличность работ, затрудняющая возможность совмещения большинства технологических операций, увеличивает продолжительность проходческого цикла и, соответственно, затраты на обслуживающие процессы.

Проблемы снижения затрат ресурсов при строительстве подземных сооружений тесно увязана в единую цепь задач, решение ¡которых ускоряет научно-технический прогресс в этой области. ¡В последние годы эффективным инструментом для поиска резервов экономики, интенсификации производственного .процесса зарекомендовал себя один из методов системного подхода—.метод функционально-стоимостного анализа (ФСА), развитый работами, Карпунина М. Г., Ковалева А. П., Майданчика Б. И., Моисеевой Н. К. и другими учеными в области экономического анализа. Метод ФСА .предусматривает оценку полезности создаваемой .продукции (технологии, машины, отдельной операции), абстрагируясь от существующей конструкции (структуры) анализируемого объекта и сосредотачивая внимание на функциях этого объекта.

С учетом многообразия условий, определяющих успех в решении проблемы снижения затрат ресурсов при проходке тоннелей, в определении конкретных зон концентрации затрат ресурсов, метод ФСА может оказаться важнейшим средством, обеспечивающим возможность целенаправленного применения научных знаний и производственного опыта для нахождения технических решений, снижающих затраты ресурсов и ускоряющих научно-технический .прогресс 'в тоннелестроении. Однако методология его применения к технологии проходки тоннелей пока не разработана.

Решение поставленной -проблемы потребовало .проведения теоретических и экспериментальных исследований, задачами ■которых являлись: разработка основ методики ¡функционально-стоимостного анализа технологических операций процесса проходки, выявляющего зоны концентрации затрат ресурсов для целенаправленного поиска технических решений, устраняющих эти зоны; установление закономерностей для оценки влияния действия взрыва на устойчивость приконтурнаго массива и определения технологически достижимых ¡параметров

физического состояния поверхности контура; горных выработок; разработка, испытание и опытное внедрение эффективного (метода снижения действия взрыва на пр»контурный массив, включая создание опытно-промышленных образцов нового оборудования для реализации этого метода; разработка новых технических решений по организации горнопроходческих работ и поиску конструкции, технологического оборудования, интенсифицирующих процесс проходки, >в том числе при изменении ¡горно-геологической ситуации.

Разработка методик» функционально-стоимостного анализа для выявления зон концентрации затрат ресурсов при буровзрывной проходке тоннеля осуществлялась на основе общих принципов ФСА, в соответствии с которыми автором была предложена терминология функций, отражающих суть физических действий в технологической операции, и разработана функциональная модель процесса (см. таблицу). В данной модели функция «получить горную выработку» является главной (Г), осуществление которой обеспечивается наличием основных (О) функций, разделяемых, ш свою очередь, на ряд вспомогательных (В) функций. Среди последних могут ¡быть и ненужные «вредные» (Вр) функции, обусловленные несо» вершенством технологического процесса либо ошибками проектирования и т. д. Функции Р3.4 и Рз.5 обозначены в общем виде, и в зависимости, от типа, временной крепи они .могут конкретизироваться'. При отсутствии временной крепи эти функции могут исключаться.

Общий вид функциональной модели проведения горной выработки с применением буровой портальной рамы, погрузочной машины ПНБ-ЗД и автосамосвалов

Совершаемое действие в технологическом процессе или операции Наименование функции Номер функции В|вд и уровень , исполнения функции

1 2 3 4 ■

Проведение выработки Получить горную выра-

ботку —( Г

Разрушение породы Получить свободное про- Р,

странство О

Разметка забоя Указать размеры выра- г

ботай и места шпуров Лл в

Бурение шпуров Получить ¡места заклад- гр

жи зарядов М.2 в

Продувка и герметиза- Обеспечить возможность

ция шпуров размещения зарядов в

-шпурах а

Транспортировка заря- Доставить-заряды в за- О ■

дов бой 1.4 в

Заряжание шпуров Разместить заряды в Р

■шпурах 1.5 в

Продолжение таблицы

Удаление персонала я

оборудования Взрывание зарядов Проветривание забоя и

орошение Осмотр и освещение забоя

Удаление из забоя горной массы Подача в забой погрузочной машины «вспомогательного оборудования

Группирование кусков

породы Погрузка горной массы Дробление негабаритов Транспортировка горной

>массы Зачистка подошвы Погрузка горной массы

¡после оборки Транспортировка горной

массы ¡после оборки Закрепление горной выработки Наращивание энергопне-вмогидротранспортных и ¡вентиляционных коммуникаций Подача буровой рамы в забой и установка в рабочее положение Оборка кровли, лба и

стен забоя Транспортировка в забой

элементов крепи Возвещение временной

¡крепи в забое Доставка в забой и монтаж энергетического и вентиляционного оборудования

Обезопасить персонал и

оборудование Осуществить подрыв Удалить вредные газы и

'ПЫЛЬ

Первично обезопасить

забой и осветить Освободить пространство

Подать в забой погрузочное оборудование

Оформить отвал

Погрузить горную массу Разрушить куски породы Удалить горную массу из

забоя Зачистить подошву Погрузить горную массу после оборки Удалить горную массу из забоя после оборки Сохранить свободное

пространство Удлинить коммуникации

Разместить раму в забое

Вторично обезопасить забой

Доставить в забой временную крепь

Установить временную (крепь

Разместить в забое энергетическое и вент, оборудование

' 1.6 Л.7

^.8

Г

1.9

?2

2.1

' 2.2 /"2.3 Я2.4

^2.5

F2.fi

Л,

2.7

Р.

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

1 3.6

В В

о

в'

в

в в в в

2

4

3

Р

В

р

Е

Р

В

Дальнейшим действием является построение 'функционально-структурной модели, для чего необходимо установить функционально необходимые носители ресурсов, т. е. материалы, предметы и средства труда (буровая коронка, шаблон для разметки, краска, воздух и т. д.), участвующие в выполнении каждой функции. Затраты носителей ресурсов могут определяться либо,по нормативным документам ( в том числе по проекту), либо по фактическим действиям. Наложением

функционально-структурной модели на функциональную модель строится функционально-стоимостная диаграмма, имеющая обычно 2 части — верхнюю, в которой указываются либо фактические затраты (в %), либо значимость функции (баллы), т. е . вклад функции в осуществление вышестоящей функции, определяемый экспертным (методом, и нижнюю, в которой отражаются функционально необходимые затраты (в%) на данную функцию. Место концентрации затрат ресурсов (M¡K3) определяется как разность между верхней и нижней частями по формуле:

МКЗ = ■ 100 % ] - Ц„ (3)

\ ^общ /

где C¡ — затраты на выполнение i-й функции, руб.; Соб1Ц — общие затраты на осуществление вышестоящей функции, включающей i-e количество нижестоящих функций; Ll¡ —значимость 1-й функции, ¡приведенная к 100 баллам.

Поиск технических решения для устранения ресурсозатрат-ных зон осуществляется известными ^методами (поэлементная отработка объекта, ¡мозговой штурм и т. д.).

Сверхнормативные затраты (СЗ) на осуществление главной функции «получить горную выработку» определяются по формуле:

ж (±3AF,)+(± ЗАFt) + (± ЗЛF9) -f .■ ■ +(±3AFt) # т% CFl + CF1 + CF3 + .. + CFl

(4)

где CFU..., CF¡ —функционально необходимые затраты, руб.; 3AFi — затраты на реализацию составляющих функций, руб., знак ¡которых ( + ) или (—) определяется из условия:

3AF\ = 03F¡ — CF¡, (5)

где 03Ft — фактические затраты на реализацию í'-й функции, руб.

В диссертации на основе результатов апробации данной методики с привлечением специалистов ЦНИИС, СКТБ «Тон-нельметрострой», МГИ и УС «Мосмегростройь даны разработанные'модели с указанием МКЗ.

На рис. 1 указаны МКЗ, установленные путем сравнения функционально необходимых затрат с фактическими затратами, из ¡которого следует, что первоочередным объектом для устранения ресурсозатратных зон следует принять технологические операции, обуславливающие превышение функционально; необходимых затрат материальных ресурсов на операциях крепления.

Зная, что затраты ресурсов при креплении ¡горных выработок зависят от типа крепи, а последняя определяется устой-

чивостью приконтурного массива (ом. ф. (1) и (2)), прогнозную оценку влияния действия взрыва на приконтурный массив можно произвести по известной зависимости:

1 / к \2'43

где Т—1 трещи-новатость грунта, м-1; ? —масса заряда шпура, приведенная ,по энергетическим показателям к тротилу, кг; Лщах —расстояние от центра заряда до исследуемой точки 'В массиве, (М. В качестве Лтах может'быть принята-допускаемая высота неровностей.

Не ¡последнюю роль в формировании затрат ресурсов играет и шероховатость поверхности контура горных выработок, т. е. количество и высота выступов (впадин).

Однако из-за высокой анизотропности горных пород рельеф поверхности контура, являясь источником информации о технологии разработки забоя, зависит значительно от строения .горного .массива,.

Практическая неопределенность данного вопроса позволила. применить ¡при исследованиях в диссертации экспертную оценку, в которой принимали участие специалисты 34 организаций -горнодобывающих отраслей, подземного строительства, научно-исследовательских, проектных и учебных институтов. В диссертации, установлено, что шероховатость контура выработок следует оценивать .по высоте неровностей (выступов, впадин) и по количеству следов шпуров (в процентах к общей длине контурных шпуров). Согласованность мнений экспертов до этому вопросу составила 0,46 при доверительной вероятности. 0,9—0,98.

Установлено, что максимально допустимая высота неровностей Л описывается следующими линейными функциями (рис. 12):

!г = 15,376 + 0,147/", см,

Л = 15,646 + 0,628Г, см. (7)

Минимальное количество следов шпуров У определяется гиперболическими функциями.

У = 59,242

59,164 " /

У =75,609--. (8)

Технологически достижимое в заданных горно-теологических условиях количество следов шпуров следует определять из условия:

= 4,83 Г+ 0,52/+30,29, %. (9)

• Технологически /достижимая высота неровностей на поверхности контура

Ат.х = 1,08Г + 0,06/+ 13,23, см. # (10)

В формулах (-7)...((10) обозначено: /—крепость грунта по М. М. Протодьяконову; Т — категория трещиноватости грунта по классификации МВК по взрывному делу. Граничные области применения .(7) и (ТО) следующие:

2сТ<5^ 3</<20.

Критерии разграничения технологии контурного взрывания и обычного взрывания имеют следующий вид:

У<Ъ>Уып\ Аф^А^ (И)

Уф=~--100!Ко, 112)

где Уф — фактическое количество следов шнуров; Лф и Лф —-фактическая средняя высота неровностей и общая длина всех следов шпуров, установленные маркшейдерскими измерениями, см; Ь ,„— общая длина контурных шпуров (кроме подошвенных), ом; т] — (К. И. Ш.

Влияние фактической шероховатости и 'переборов на затраты бетона (или строительных растворов) предложено учитывать формулой;

^ - у КЯэ +■ Ь - I)- + (/?. + А)» + [(/?. + &-8) х

X + А)]} — (тг/?э2/); (13)

где Кф—объем фактического ¡перебора, м3; I — величина за-ходки, ,м; Ь и к—средний перебор и средняя величина неровностей, установленные маркшейдерскими измерениями, м; б — линейный допуск на, перебор, м; /?э—эквивалентный радиус сечения горной выработки, м; 5 — проектная площадь сечения тоннеля, м2.

Полученные в диссертации многофакторные зависимости (9), ('10), (11)...(13) позволяют осуществлять контроль за технологической дисциплиной при производстве работ и оперативно изменять параметры БВР, назначая ресурсосберегающие режимы.

На основе проведенных исследований в диссертации предложено учитывать ,при расчете параметров БВР прогнозную оценку трещиноватости пр»контурного массива при взрыве

зарядов контурных шпуров и Яри рассмотрении альтернатиь-иых вариантов .параметров БВР предпочтение отдавать наиболее щадящим, при которых обеспечивается возможность применения наименее материало- и трудоемких типов крепи. Технологически достижимые .параметры состояния поверхности контура выработок следует при эгОхЧ определять по (9)... (12). Алгоритм расчета .параметров ресурсосберегающей технологии Б1ВР /представлен на рис. 3.

В диссертации показа,но, -что .перспективным направлением для снижения вредного действия взрыва на приконтурный массив и снижения шероховатости его поверхности является оконтуривание горных выработок шпурами с профильными надрезами.

Теоретическая оценка влияния .профильных надрезов на взаимодействие волн напряжения с приконтурным .массивом при взрывной разработке грунта осуществлялась решением задачи .по установлению связи между давлением в шпуре и напряжениями, формируемыми .в околошпуровой зоне. Задача решалась для взрыва с центральной симметрией в квазистатической постановке на основе упругопластичеокой модели на-гружения, но в отличие от известных решений—с добавлением физических положений о разрушении твердых сред в условиях концентрации напряжений и закона о геометрическом подобии.

Принимаем условие, что напряжения на внутренней стороне шпура численно равны давлению расширяющейся газовой сферы. Тогда напряжения будут определяться законами изменения давления в этой сфере Р (/) и радиуса Я (/) шпура. Модель состояния разрушаемой среды—.плоеконапряженная, т.е. а (г, ¿) =0. Радиус Я (/) — граница между зоной пластических деформаций, примыкающей к стенкам шпура, и зоной упругих деформаций (рис. 4).

Зная, что движение упругопластичеокой среды описывается системой уравнений, из которой первое уравнение равновесия с учетом инерционных сил и трения, а второе — уравнение неразрывности

а также, что смещение V точки контура, шпура с координатами г до деформации определяется из, условия несжимаемости среды, имеющего вид

дv , V дг г

(15)

дг г

причем'в упругой области давление газовой сферы, напряжения в околошпуровой зоне и смещения связаны' зависимостями

дг г

<>, = -/>, (17)

система (¡15) для упругой зоны получит вид:

дР до ¿V

+ ~ — (18) дг . г

для пластичной зоны система (15):

даг дъ , ду

дг г дt от

£+--0. (19)

а( г

где в (.15)... (19) обозначено: г; г\ ф —цилиндрические координаты, начало которых в центре шпура; I — время; о (г, I) — скорость частиц среды, направленная по радиусу; Яо и— начальный радиус шпура и радиус заряда; Р — начальное давление взрыва.. Условие пластичности имеет (з,— с,= 2^), а радиальные и тангенциальные деформации равны: 6,= <?£//<«; е9=и/г.

Задавшись граничными условиями и проделав математические преобразования, .получим, что закон изменения радиальных напряжений в околошпуровой зоне описывается зависимостью:!

.,-/>(£)'• т

Наличие надреза на, стенке шпура вносит добавку к напряжениям вокруг шпура, определяемую по формуле С. Е. Инглиса:

где Я и р—соответственно глубина надреза и радиус острия при его .вершине.

2 17

В диссертации .проведены экспериментальные исследования на физических моделях по выбору оптимальных геометрических параметров надрезов и по влиянию этих параметров на удельный расход ВВ. Выбор физических моделей и (методики экспериментальных исследований осуществлялся по законам (моделирования. Модели изготавливались из оптически активного ¡материала и из бетона (рис. 5). .Установлено, что оптимальной формой надреза является треугольная форма с углом 'при вершине 90°, а наибольшее снижение удельного расхода ВВ достигается яри соотношении глубины .надреза Я и диаметра шпура d, равном Hjd — 0;25—0,3.

Установлено, что удельный расход >ВВ q при наличии двух надрезов в шпурах следует определять по формуле:

q = ЯъК» (22)

где Кэ—коэффициент снижения энергоемкости разрушения, рассчитываемый .по полученной зависимости:

К, = 0,8335 + 0,0336 ■ /—0,0015 • /2—0,1014 • Я +

+ 0,0037 • Я2+0,0018 • Я • f, (23)

где f — крепость пород ,по М. М. Протодьяконову; qo — удельный расход ВВ для шпуров без .надрезов (нормы СНйП).

Установлено, что наибольшая частота совпадения направления разрушения с направлением надрезов обеспечивается при Я>0,6 см.

Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований позволил сделать ряд важных выводов для практических целей. Давление взрыва в шпуре с надрезом, не превышающее динамическую прочность грунта на сжатие, позволяет сформировать поле напряжений 'в форме эллипса, большая ось которого совладает с направлением вершин надрезов, и обеспечить гарантированное разрушение массива в этих точках. !В других точках контура шпура, подвергаемых только сжимающим нагрузкам, следует ожидать минимальных разрушений. Следовательно, техногенная трещиноватость приконтурного .массива снижается. Наличие надрезов в шпурах позволяет увеличить расстояние между центрами контурных шпуров не менее чем в 1,4 .раза, обеспечивая тем самым возможность снизить жесткие требования к точности расположения этих шпуров, необходимые при существующих методах контурного взрывания. Разработанный метод оконтури-вания горных выработок целесообразно применять при проходке тоннелей в скальных грунтах с акустическим показателем трещиноватости не ниже 0,25 (2—5 категории, трещинова-тости).

Отсутствие аналогов при создании оборудования для 'бурения шпуров с (профильными надрезами потребовало от авто-

ра применения метода исследования, основанного на .поочередно,и выдвижении гипотез о его конструкции с последующим изготовлением и испытанием образцов. Формирование же конструкции из составляющих элементов осуществлялось на основе метода эталонных .моделей, разработанного специалистами институ^СО РАН. Длительные исследования показали, что оборудование должно состоять из двух взаимоувязанных частей: .инструмента для бурения шпуров с надрезами и механизма для ориентации надрезов по контуру горной выработки. Конструктивная и расчетная схемы инструмента для бурения шпуров с надрезами представлены в диссертации.

Считая, что условие прямолинейности надреза имеет вид: МХ<М2, где М1 — крутящий момент, формируемый бурильной машиной, а М2 — ¡противоположный момент, создаваемый силами' сопротивления, действующими на 'боковую грань резца, в диссертации получена зависимость для определения длины Ь резца:

I ~

jy.fr СОБ3--

2

Нп

а н

2+~2

2 С,

С, Ч- с.

Л\

4-Л/п>

(24)

где г — радиус буровой штанги; А — диаметр шпура; / —коэффициент трения в абразиве для пары «сталь—>по закаленной стали»; [т] —¡.прочность породы на срез в зоне стенок шпура; п; Н и а — соответственно число надрезов, их глубина и угол при вершине; — усилие подачи; С, и С2 — соответственно ударная жесткость элемента, соединяющего переходник с буровой штангой, и насадки; N1 — амплитуда удара, пришедшая на соединительный элемент инструмента.

'Важнейшим конструктивным элементом является кольцевая проточка- (либо любая полость) для размещения бурового шлама, расположенная впереди резцов. Объем этой проточки V следует определять по формуле:

V--

IV

(ВД +

Я/<ш

(25)

где 5„—площадь надреза; (3—угол скола грунта ({5 =40... 70°); Кр—коэффициент разрыхления грунта (Кр = 1,4...1,7); Я —■ глубина внедрения резца за один удар.

В диссертации с позиции волновой теории расчетов ударных систем рассмотрена схема нагр,ужения разработанного

2*

19

инструмента ударным импульсом трансформация этого импульса при прохождении по цепи «буровая штанга — инструмент для выполнения надрезов — буровая ¡коронка>. Амплитуда удара, пришедшая на соединительный .элемент (конус или резьба), на инструмент для надрезов на переходник Nз и на буровую коронку Л^, определяется по формулам:

где 81, 52, 53, — площади сечения указанных элементов цепи; N0 — амплитуда удара бурильной машины; 5о — площадь сечения буровой штанги.

В диссертации 'проведены исследования :по влиянию надрезов на скорость бурения. Установлено, что наибольшее снижение скорости (до 25...28%) наблюдается при применении бурильных машин с храповым механизмом .поворота. Результаты исследований .положены в основу при изготовлении опытной и опытно-промышленных партий инструмента и .механизмов для его ориентации по контуру тоннеля.

Исследования по установлению технологических параметров оконтуривания торных выработок шпурами с надрезами проводились на гранитном карьере «Возрождение», на строительстве Северомуйского тоннеля, тоннеля № 1 .постоянного обхода Северомуйского хребта и других объектах подземного строительства Главтоннельметростроя. Цель исследований: определение влияния отклонения надрезов от линии отбойки на величину неровностей, влияния диаметра заряда на качество оконпуривания; проверка результатов теоретических исследований по разрушению скальных грунтов взрывом ВВ в ¡шпурах с надрезами и опытное внедрение технологии.

В диссертации установлено, что допускаемый угол отклонения вершин надрезов от линии разрушения определяется из условия:

где /1тах — технологически достижимая высота неровностей на поверхности контура выработки, определяемая из зависимости (10); а—.расстояние .между контурными .шпурами:

(26)

г — агс —

(27)

а

где г — радиус шпура; [сс]л —динамический предел прочности грунта на растяжение (остальные обозначения см. в (21)).

Экспериментально подтверждено, что при /><|[зсж]л трещины развиваются только из вершин надрезов. Установлено, что при применении надрезов удовлетворительное оконтурива-ние выработок обеспечивается при следующем соотношении диаметров заряда и шпура <1ш\а> 1,3 (как известно, для шпуров без надрезов при условии^ш/^з = 2...4). Учитывая существующие трудности со специальными зарядами для контурного взрывания, наличие надрезов упрощает 'подбор зарядов из промышленных ВВ. ¡Приемочные испытания технологии оконтуривания тоннелей шпурами с профильными надрезами проводились на проходке тоннеля № 1 постоянного обхода Се-веромуйского хребта. Скальный грунт на опытном участке представлен трещиноватыми биотитовыми гранитами с коэффициентом крепости 6—8 по М. М. Протодьяконову. Хрономегражные наблюдения за технологическим процессом проводились Нижнеангарской станцией ВПТИтрансстроя. Опытная партия инструмента для бурения ¡шпуров с надрезами была изготовлена ПО «Союзтвердосплав», а механизмы ориентации изготовлены СУС «Бамтоннельсгрой». Во время .приемочных испытаний новая технология сравнивалась с технологией обычного (неконтурного) взрывания и с технологией контурного взрывания методом сближенных зарядов.

Ультразвуковое 'прозвучивание, проводимое шпуровыми зондами конструкции МГИ, и визуальный осмотр стенок шпуров прибором Р|ВП-'456 показали, что при применении шпуров с профильными надрезами, техногенная трещиноватость при-контурного массива практически не отличается от естественной трещиноватости массива.

Приемочные испытания позволили выявить ряд конструктивных недостатков оборудования для бурепия шпуров с надрезами, учтенных в дальнейшем лри изготовлении опытно-промышленных образцов, и показали 'высокую эффективность новой технологии (рис. 6).

При строительстве ст. «Тимирязевская» в Москве разработанная технология применялась при .проходке калоттной ¡прорези, обеспечив возможность ¡увеличения заходки до 1 .м за цикл.

В диссертации показано, что важнейшим путем снижения трудозатрат, особенно обусловленных обслуживающими процессами, является сокращение продолжительности технологического цикла. Если скорость проходки в сутки ис и продолжительность операций связаны соотношением

_^_, (29)

и Т6+тз 11 + Тпр+ Тп-{- ТК9 + Т исп

где Ы, Т, 7Ц —число смен в сутках, продолжительность смены и цикла; I и т) — глубина шпуров и К.И.Ш.; Тб...Твс„ —не-совмещаемые затраты времени технологических операций, то при организации горнопроходческих работ следует максимально совмещать операции 'во времени.

Широкий набор эффективных технологических приемов и средств, имеющихся в распоряжении тоннелестроителей, рассчитан на определенный, обычно узкий, диапазон горно-геологических условий, позволяющих осуществлять проходку ка-'Ким-либо одним способом, например, способом нижнего уступа или сплошным забоем и т. д. Трассы протяженных тоннелей обычно содержат участки с различными условиями, однако при организации работ ориентируются, как уже говорилось, на «худший случай». Проведенные в диссертации технико-экономические исследования по данному вопросу показывают, что одной из причин такого подхода являются огромные трудозатраты, необходимые для проходки участков перехода, на которых будет изменяться технология проходки. Исследования позволили предложить схему организации работ и технологическое оборудование для проходки тоннеля ¡по гибкой технологии, т. е. с переходами от способа проходки сплошным забоем на. проходку нижним уступом и 'возвратом на прежний способ при улучшении горно-геологической ситуации. Для реализации «гибкой» технологии в диссертации разработан двухпортальный проходческий агрегат, который имеет верхнюю и нижнюю 'буровые рамы н откидной пандус. Логрузоч-но-доставочная машина, поданная по пандусу на нижнюю раму, осуществляет уборку горной массы через люк в этой раме. Верхняя рама выводится на время взрыва из забоя калотты и вместе с нижней рамой отводится от труди забоя нижнего уступа. Двухпортальный агрегат за 3 смены обеспечивает переход со способа проходки сплошным забоем на проходку нижним уступом и наоборот.

На основе проведенных технико-экономических исследований и уравнения баланса, трудозатрат установлена зависимость для определения длины Ь тоннеля, проходка .которого по гибкой технологии экономически целесообразна:

+ <3ус - <2) £ = <3. (I ~ 1г) + <3, (/ - /,) +

+ /ус (<3к + Яус) -<Э(1 + /ус) + П(С)и + (?„), (30)

где I —общая длина 1-й и 2-й зон переходных участков; (}, Рк. 1» Фг* От <3п —соответственно удельная трудоем-

кость проходки сплошным забоем, калотты, нижнего уступа, проходки 1-й и 2-й зон переходных участков, монтаж-демонтаж оборудования при изменении схемы проходки и на монтаж-демонтаж пандуса; 1ус — общая длина участков, требующих уступного способа проходки; п—количество переходов.

В зависимости (30) учтено, что 1-я зона переходного участка предусматривает необходимость вывода верхней рамы.из забоя калотты, закрепление ее на нижней раме и отвод последней от груди забоя уступа.

Расчеты показывают, что если 50% общей длины строящегося тоннеля составляют участки, требующие уступного способа проходки, то .применение «гибкой» технологии сокращает на 35—40% продолжительность его проходки.

Разработанные в диссертации схема организации работ и технологическое оборудование, при которых предварительная сборка арочных крепей осуществляется на дополнительной монтажной тележке, размещаемой на ¡верхнем ярусе проходческого агрегата, причем во время уборки горной массы, позволили на 30% сократить продолжительность установки арочной крепи и на 20% снизить трудозатраты. Применение данного технического решения при проходке Мысовых тоннелей трассы БАМ позволило на 30% сократить ¡продолжительность проходческого цикла и на 949,5 тыс. руб. снизить затраты финансовых ресурсов (в ценах до 02.01.1992 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является законченным научным трудом, в котором на основании выполненных автором исследований и разработок изложены научно обоснованные технические и технологические решения по снижению затрат ресурсов при буровзрывной проходке горных выработок, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического .прогресса в подземном строительстве.

Основные теоретические и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что на формирование сверхнормативных стоимостных затрат при буровзрывной проходке тоннелей наибольшее влияние оказывают сверхнормативные затраты материальных ресурсов на операциях крепления, обусловленные низким качеством оконтуривания горных выработок. Для снижения затрат материальных ресурсов на операциях крепления рекомендуется применять разработанный в диссертации, комплексный метод, включающий как прогнозную оценку влияния взрыва на приконтурный массив, при которой на основе взаимосвязей между физико-техническими параметрами прикон-турного массива и его крепления устанавливаются параметры разработки забоя, обеспечивающие .минимальную трещияова-тость массива, так и назначение технологически достижимых' параметров физического состояния поверхности контура, выработок, а также оперативный ¡контроль за их соблюдением.

2. Разработаны критерии для оперативного контроля за технологически достижимыми параметрами состояния поверхности .контура выработки в заданных условиях проходки.

Оперативный контроль за этими параметрами рекомендуется осуществлять путем сравнения технологически достижимой в заданных условиях проходки величины шероховатости контура, определяемой по установленным автором зависимостям, учитывающим трещиноватость и прочность горного массива, с фактической величиной ¡шероховатости.

3. Установлено, что для формирования технологически достижимых параметров состояния приконтурного массива, обеспечивающих »озможность затрачивать только функционально необходимые ресурсы, целесообразно в скальных грунтах с акустическим ¡показателем трещиноватости 0,25 и 'более применять разработанный в диссертации метод оконтурйвания горных выработок шпурами с профильными надрезами, ориентированными по контуру выработок.

4. Разработана, испытана и внедрена в производство методика определения основных параметров взрывного разрушения скальных .грунтов с применением шпуров с профильными надрезами.

Основные параметры процесса при этом методе разрушения рекомендуется определять ¡по полученным многофакторным зависимостям, устанавливающим связь между напряжением в околошпуровой зоне, давлением взрыва и удельным расходом 'ВВ, являющимся, в свою очередь, функцией геометрических параметров надреза и прочности скального грунта.

5. Разработаны основные требования к технологическому оборудованию, реализующему метод оконтуривания выработок шпурами с профильными надрезами и испытаны опытные образцы этого оборудования.

Параметры конструкции инструмента для бурения указанных шпуров рекомендуется определять по полученным многофакторным зависимостям, устанавливающим связь параметров бурильной .машины с геометрическими параметрами надрезов, обусловленными функциональной зависимостью от энергоемкости разрушения скального грунта.

6. Установлено, что при чередовании по трассе проходки благоприятных и неблагоприятных горно-геологических условий, требующих изменения организации работ, наиболее ре-сурсозатратной зоной являются участки перехода с одной технологии на другую.

Для интенсификации горнопроходческих работ и сокращения сроков строительства в указанных условиях рекомендуется организация .проходки по «гибкой» схеме с применением разработанного в диссертации Д'вухпортального проходческого агрегата. Экономическая .целесообразность применения, указанного агрегата должна обосновываться установленной

зависимостью, позволяющей путем сравнения стоимостных затрат при различных способах проходки определять число изменений способа проходки.

7. Разработаны, испытаны и внедрены в производство технология работ и конструкция проходческого агрегата, совмещающие на 30% сборку арочной крепи с откаткой горной массы и снижающие на 20% трудозатраты на каждом цикле проходки.

8. Основные научные положения диссертации реализованы в проектах тоннелестроительных организаций корпорации «Трансстрой» и нормативных документах по транспортному тоннелестроению.

Народнохозяйственное значение решаемых в диссертации задач подтверждается фактическим технико-экономическим эффектом от внедрения результатов исследований в размере 2,064 млн. руб., в том 'числе экономией 5,1 тыс. куб. м бетона и трудозатрат в количестве 5,74 тыс. чел.-ч.

9. Результаты исследований по теме диссертации явились основой для нового направления в технологии оконтуривания горных выработок и основой для разработки блока конкурентоспособных изобретений нового поколения технологического оборудования, интенсифицирующего производственный процесс и ускоряющего научно-технический прогресс в подземном строительстве.

Дальнейшего углубленного изучения по поставленной в диссертации проблеме требуют вопросы совершенствования технологии оконтуривания торных выработок в более широком диапазоне скальных грунтов и повышения эксплуатационной надежности оборудования для этой технологии, а также вопросы проходки горных выработок по гибкой схеме и разработки моделей для функционально-стоимостного анализа других технологических процессов подземного строительства.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кононов В. М. Исследование некоторых параметров буровзрывного процесса с применением профильных шпуров/ВНИИ транспортного строительства,—М„ 1982 —17 с. Дсп. п ЦНПЭИуголь 7.09.1982. .№ 2476-Д 82 (РЖ 10Б, 1983, реф. 7Б137 Деп.).

2. Кононов В. М., Ляпин К. И., Чашников Н. Н. Обеспечение контурного взрывания применением шпуров с концентраторами напряжений.— Транспортное строительство, 1983, № 8, с. 15—16.

3. Кононов В. М., Шендеров В. И. Сравнительная оценка скорости проходки горных выработок с помощью бурильных установок и проходческих агрегатов.— Изв. вузов. Геология и разведка, 1983, № 2, с. 120—123.

4. Кононов В. М. Исследование вопросов контурного взрывания при проходке горных выработох и добыче блочного камня с применением надрезов в шпурах/ВНИИ транспортного строительства.— М., 1983.—27 с. Деп. в ЦНИЭИуголь 7.12.83, № 2822 — уп. (РЖ ЮБ, 1984, реф. 5.Б205 Деп.).

5. Кононов В. М. Специальный инструмент для бурения шпуров с надрезами и вопросы его применения/ВНИИ транспортного строительства.— М„ 1986,-41 с. Дел. в ЦНИЭИуголь 17.07.86 № 3824 — уп. (РЖ ЮБ, 1987, реф. 1Б109 деп.).

6. Кононов В. М., Кузнецов В. С. Совершенствование буровзрывного способа сооружения тоннелей со сборной обделкой.— Мегрострой, 1987, № 8, с. 18—20.

7. Кононов В. М. Контурное взрывание при сооружении тоннелей.— М.: ВПТИтрансстрой, 1987, 28 с.

8. Кононов В. М. Влияние техногенной трещиноватости на статистические характеристики прочности разрабатываемых скальных грунтов.— Сб. науч. тр. «Надежность при проектировании конструкций, сооружений и машин в транспортном строительстве».— М., ВНИИ транспортного строительства, 1987, с. 35—38.

9. Кононов В. М., Тельтевская В. А., Цветков В. М. О трещиноватости скальных грунтов при буровзрывной проходке тоннелей.— Шахтное строительство, 1988, № 2, с. 15—17.

10. Кононов В. М. Искусство разрушать.— Изобретатель и рационализатор, 1983, № 4, с. 14—'15.

11. Кононов В. М. О критериях оценки -технологии контурного взрывания при проходке тоннелей.— Шахтное строительство, 1988, № 9, с. 13—16.

12. Кононов В. М. Совершенствование буровзрывных работ.— Метро-строй, 1989, № 2, с. 3—4.

13. Кононов В. М. Основа ресурсосбережения — совершенствование технологических процессов.— Метрострой, 1989, № 4, с. 14—15.

14. Кононов В. М. Технологии контурного взрывания на основе шпуров с надрезами при строительстве тоннелей.— Шахтное строительство,

1989, № 9, с. 19—21.

15. Пособие по производству и приемке работ при сооружении горных трсняюртных тоннелей (в развитие СНиП Ш-44-77)/Под ред. Власова С. Н., Меркнна В. Е.— М.: ВНИИ транспортного строительства, 1989, с. 69—192.

16. Кононов В. М. Техюлогия и оборудование для контурного взрывания,— Метрострой, 1990, № 6, 10 с.

17. Чувилин А. М., Гриценко В. Ф., Кононов В. М. Техника бурения шпуров с концентраторами напряжений при проведении горных выработок.— Тезисы докладов на семинаре «Новое в теории, технологии и технике бурения» (21—2-3 ноября 1990 г.)—М.: ИГД им. А. А. Скочинского,

1990, с. 29—31.

|18. Кононов В. М. Основные пути снижения затрат ресурсов при буровзрывной проходке тоннелей. Научно-технический сб. № 23.— М.: ВПТИтрансстрой, 1990, 31 с.

19. Коконов В. И. Ресурсосберегающая технология и оборудование для направленного разрушения скальных пород.— М.: Внсшторгиздат, 1990, 6 с.

20. Меркни В. Ё„ Смолянский В. М, Кононов В. М. идр. ВСН 126—90. Крепление выработок набрызг-бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей. Нормы проектирования и производства работ.-— М.: ВПТИтрансстрой, 1990, с. 6—70.

21. А. с. 901541 СССР, МКИ3 Е 21Д9/00. А»регат для проходки тоннелей/В. М. Конанов, К. Б. Шляпин, С. Н. Власов, Л. С. Афендиков (СССР)—3 е.; ил. 3.

22. А. с. 968392 СССР МКИ3 Е 21С 37/00. Инструмент для нанесения профильных углублений на стенках шпуров/В. М. Кононов (СССР) — 2 е.; ил. 3.

23. А. с. 968394 СССР, МКИ3 Е 21С 37/00. Инструмент для нанссе-ния профильных углублений на стенках шпуров/В. М. Котомов (СССР) — 2 е.; ил. 3.

24. А. с. 1059199 СССР, МКИ3 Е 21Д 13/04. Буровая рама для проходки тоннелей/В. М. Кононов, В. А. Бессолов, В. Е. Воробьев, В. Е. Меркни, Р. И. Касапов, В. 3. Коган — (СССР)—2 е.; ил. 4.

25. А. с. 1176074 СССР, МКИ4 Е 21С 37/00. Устройство для образовании концентрических углублении на стенках шпу.ров/В. М. Кононов, В. Ф. Гриценко, А. М. Чувилнн, В. В. Панкратов. (СССР)—3 е.; ил. 2.

26. А. с. 1201505 СССР, МКИ4 Е 21С 37/00. Инструмент для выполнения профильных углублений на стенках шпуров/В. М. Кононов, В. Ф. Гриценко, А. М. Чувплин. (СССР) —3 е.; ил. 3.

27. А. с. 1283380 СССР, МКИ1 Е 21С 37/00. Инструмент для нанесения профильных углублений на стенках шпуров/В. М. Кононов, В. Ф. Гриценко, А. М. Чу,вилии. (СССР)—3 е.; ил. 3.