автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.04, диссертация на тему:Технология армированиявертикальных стволов шахтбезрасстрельнымн конструкциями армировки

РТ 6 Ой

г з коя !■•

На правах рукописи

Прокопов Альберт Юрьевич

Технология армирования вертикальных стволов шахт безрасстрельиыми конструкциями армировки

05.15.04 "Строительство шахт и подземных сооружений"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1998

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете

Научный руководитель - докт. техн. наук, профессор Ягодкин Ф.И. Научный консультант - канд. техн. наук, доцент Мартыненко И.А,

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. Баклашов И.В.

канд. техн. наук Макаров В.В.

Ведущее предприятие: АО "Ростовшахтострой"

Защита диссертации состоится " 3 " к- />Я 1998 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 063.41-6) при'Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92, учебный корпус 9, аудитория 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

. С/

Автореферат разослан НСЛь^А- ¡998 г.

Ученый секретарь диссертационного совет; докт. техн. наук, проф.

Сидоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие промышленного комплекса России требует реструктуризации и реконструкции угольной отрасли, что неразрывно связано со строительством новых и модернизацией действующих угольных шахт.

В современных условиях особое значение приобретает задача снижения капитальных затрат на строительство и поддержание горных выработок.

В общем комплексе современного горнодобывающего предприятия с подземным способом разработки наиболее ответственным сооружением является шахтный ствол с армировкой, обеспечивающей направленное движение подъемных сосудов. Армировка оказывает существенное влияние на определение диаметра ствола, его стоимости (до 15 %), сроков строительства, а также на производительность, надежность и экономичность работы подъемных установок. Поэтому одним из направлений снижения затрат при строительстве и реконструкции шахтных стволов может быть оптимизация решений технологий армирования и схем армировки стволов.

В настоящее время наибольшее распространение получила жесткая многорас-стрельная армировка, которая в ряде случаев не соответствуют современному уровню технологии строительства и эксплуатации шахт, поскольку обладает рядом существенных недостатков : большой трудоемкостью изготовления, монтажа и антикоррозионном защиты; высокой металлоемкостью (50 - 200 т па 100 п.м ствола); многодс-талыюстью (более 20 позиций монтажных элементов в одном ярусе); большим аэродинамическим сопротивлением (30 - 50 % сопротивления всей сети горных выработок приходится ira стволы); переменной податливость элементов по глубине. Это приводит к тому, что при трудоемкости армирования, в 6 - 10 раз меньшей, чем остальное сооружение ствола, затраты времени на армирование занимают иногда до 20 % от продолжительности строительства.

Одним из направлении усовершенствования схем и конструкций армировки с целью устранения указанных недостатков является создание безрасстрельных схем, отличающихся более высокими технико-экономическими показателями. Применение в этих схемах консольных или кснеольно-распорных расстрелов позволяет увеличить жесткость армировки, сократить расход металла и трудоемкость работ, снизить аэродинамическое сопротивление ствола, а также создает возможность для спуска крупногабаритных грузов и ведения армирования в процессе проходки ствола. Однако промышленное внедрение данных схем сдерживается недостаточностью отечественного опыта армирования безрасстрельными конструкциями, неразработанностью методических основ расчета и отсутствием технологических схем монтажа армировок такого типа.

Комплекс выполненных автором исследований посвящен разработке и унификации безрасстрельных схем и конструктивных решений армировки, созданию методических. основ расчета и технологических схем армирования.

Цель работы. Создание научно-обоснованной методики проектирования технологии армирования вертикальных стволов безрасстрельными конструкциями армировки, обеспечивающей снижение материальных и трудовых затрат и сокращение сроков строительства стволов.

Идея работы - повышение технико-экономической эффективности жесткой армировки достигается применением безрасстрельных конструкций в виде консоли с

распором, расположенным под углом А к ней, изменяющимся от 0° (чисто консольная схема) до 90° (консольно-распорные схемы) в зависимости от расположения подъемных сосудов и эксплуатационных нагрузок на армировку.

Метод исследования - комплексный, включающий системный анализ современного состояния вопросов конструирования и расчета армировки вертикальных стволов; методы статистического анализа; теоретические исследования напряженно-деформированного состояния элементов безрасстрелышх армировок; методы математического моделирования; технико-экономический анализ; опытно-промышленную проверку результатов исследований. Расчеты выполнялись с использованием современного программного обеспечения к IBM PC.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

- установлено, что безрасстрельная армировка может быть конструктивно решена для унифицированного ряда сечений вертикальных стволов с жесткой армиров-кой в виде консоли с распором;

- установлены закономерности изменения жесткости консольных и консольно-распорных армировок в точках крепления проводников от геометрических и прочностных параметров конструкции, позволяющие определять рациональные конструктивные параметры армировки;

- разработана научно-обоснованная методика расчета жесткости элементов консольных и консольно-распорных армировок, напряжений и прогибов проводников.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается статистическим анализом данных с использованием апробированных программных средств, использованием конечно-элементного анализа и математического моделирования. инженерно-техническими проработками и проектными решениями и результатами опытной проверки предложенных технических, решений на натурных объектах.

Научное значение работы заключается в систематизации и унификации безрас-стредьных схем армировки вертикальных стволов и установлении зависимости параметров напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов безрас-стрельной армировки от ее геометрических параметров и интенсивности подъема.

Практическое значение работы заключается в:

- устансодении допустимых значений длин консолей в зависимости от интенсивности подъема, шага армировки и типа проводников;

. - определении области применения предлагаемых конструкций;

- разработке алгоритма и компьютерной программы расчета жесткости консолей, нагрузок наармировку, напряжений в элементах конструкции и прогибов проводников;

- разработке алгоритма и компьютерной программы выбора схемы и расчета технико-экономических. показателей, как для типовых, так и для безрасстрелъных армировок, позволяющей определить оптимальную схему армировки для конкретных условий;

- разработке технология армирования безрасстрельными конструкциями.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований были использованы при разработке рабочей документации жесткой армировки вспомогательного н вентиляционного стволов шахты "Обуховская № 1" и вспомогательного стволг № 4 ! пахт u "Гуковская" в части определения основных параметров комбинированной

жесткой армировки стволов с креплением анкерами и технологической схемы монтажа. Опытно-промышленная проверка основных положений диссертационной работы проводилась при армировании вспомогательного ствола № 4 шахты "Гуковская".

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на XL.IV, XI. V, Х!.У1 научных конференциях Новочеркасского государственного технического университета (г. Шахты, 1995-1997 гг.), Всероссийской научно-практической конференции компании "Росуголь" "Пути повышения эффективности технологии строительства вертикальных стволов" (г. Шахты, 1996 г.), заседаниях технических советов АО "Ростовшахтострой" (г. Шахты, 1997 г.) и института "Росювгипрошахт" (г. Ростов-на-Дону, 1997 г.), научно-производственной конференции компании "Росуголь" и АО "Росгопшахтострой" "Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт" (г. Шахты, 1997 г.), научных семинарах кафедры строительства подземных сооружений и шахт Шахтинского института Новочеркасского государственного технического университета (г. Шахты, 1996 - 1997 гг.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура н объем работы: диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 29 таблиц, список использованной литературы из 90 наименований и 1!

I

приложений, включающих основные результаты исследований, пример расчета без-расстрельной армировки по разработанной методике и копии документов, подтверждающих факт внедрения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Существенный вклад в разработку новых средств и технологии армирования, а также совершенсшование схем и конструкций армировки вертикальных стволов внесен работами И. В. Баклашова, Ф. й. Ягодкина, И. Б. Доржинкевича, Ю. Я.. Власенко, Н. Г. Гаркуши, И. Г. Горенцвейга, Ю. П. Ермакова, О. А. Залесова, В. В. Левита, Б..М. Маргулиса, И. А. Мартынеако, Е. Б. Петренко, Ю. Б. Пильча, А. В. Самонина, И. С. Стоена, В. Ф. Филатова, А. А. Храмова, Н. К. Шафранова и других ученых.

В результате анализа современного состояния и тенденций развития конструкций и схем армировки но литературным источникам установлено следующее. В отечественной горнодобывающей промышленности наибольшее распространение получила жесткая металлическая армировка с расстрелами балочного типа, ее доля составляет около 75 %.

Использование традиционного метода в конструировании, т.е. увеличение жесткости применяемых профилей для проводников и расстрелов при сохранении конструкций ярусов, является малоэффективным, так как в современных условиях недостатки. присущие жестким расстрельным армпровкам, будут проявляться еще более существенно.

Одним из способов устранения указанных недостатков в проектировании и монтаже армировок может быть переход к маторасстрельным и безрасстрельпым армировка м, работоспособность и эффективность применения которых подтверждаются

теоретическими расчетами и единичными положительными примерами строительства и эксплуатации вертикальных стволов в отечественной и зарубежной практике.

За рубежом безрасстрельная армировка с креплением элементов анкерами или эмалевыми трубами применяется при строительстве новых и реконструкции действующих вертикальных стволов. Отличительными особенностями этих решений от отечественных являются конструкции подъемных сосудов и их размещение в стволе.

В отечественной угольной промышленности все большее распространение получают комбинированные схемы армировка вертикальных стволов из расстрелов и консолей, включенные в типовые материалы.

Вместе с тем использование прогрессивной безрасстрельной армировки с креплением консолей анкерами сдерживается неразработанностью теоретических воп-росой, отсутствием достаточного отечественного опыта, необходимостью разработки средств и технологии монтажа консолей. Исходя из этого определяется цель работы, направленная на создание методических основ расчета безрасстрельных армировок, средств и эффективной технологии армирования вертикальных стволов безрасстрель-ными конструкциями армировки с анкерным регулируемым креплением консолей.

В настоящее время широкое распространение получили типовые сечения стволов Юж( нпрошахта, ориентированные на действующие схемы расположения подъемных комплексов. На основании этих сечений был разработан альтернативный ряд сечений с безрасстрельными (малорасстрельными) армировками, включающий 7 наиболее распространенных сечений клетевых н 3 сечения скиповых стволов и произведена унификация конструкций безрасстрельной армировки. Все консольные расстрелы могут быть решены как консоли с распором под некоторым углом X, изменяющимся от 0° (чисш консольная армировка) до 90° (консолыго-распорная армировка). Длина консольных расстрелов в предлагаемых схемах может изменяться от 292 мм до 2290 мм.

Схемы консолей, входящих в предлагаемый ряд, приведены на рис. 1.

Э1

а)

а? „

б)

в)

/77Г

91

1\

1_

£1

Рис. 1. Схемы консолей и их основные геометрические параметры:

а - консоль с распором под углом А, = 90°; б - консоль с распором под углом X < 90°; в - одинарная хонсоль (Я = 0°); ], 2 - точки крепления проводников.

Приведенные схемы предусматривают крепление элементов армировки анкерами, причем опорная плита плотно прижимается анкерами к стенке ствола, а возможность регулирования длины консоли в случае радиального отклонения крепи ствола от проектного положения обеспечивается составной конструкцией консоли.

Для оценки жесткости безрасстрельных ар-мировок и исследования возникающих под действием внешних нагрузок напряжений и деформаций элементов армировки была разработана пространственная конечно-элементная модель кон-сольно-распорной армировки (рис. 2), включающая 3 связанных между собой яруса. На модели рассматривается нагружение среднего яруса в момент передачи на него силовых воздействий от движущегося подъемного сосуда, при этом оценивается наиболее тяжелый случай работы без-расстрелыюй армировки, когда к каждой консоли крепятся два проводника.

Для вышеописанной модели с помощью вычислительного комплекса "Зенит", реализующего метод конечных элементов, был произведен расчет смещений узлов, силовых факторов и напряжений в элементах и опорных реакций, возникающих под воздействием реальных нагрузок.

Расчеты показали, что при проектировании консольно-распорных армировок соответствующим выбором профилей консолей и проводников можно добиться необходимых жесткостных параметров, позволяющих обеспечить требуемый Рис. 2. Схема конечно-элемен'шой режим работы армировки даже при высокой пи-модели консольно-распор- тенсивности клетевого подъема (5^-6-106 Дж), при ной армировки этом на каждую консоль с распором может кре-

питься один или два проводника.

Аналогичные расчеты параметров чисшюжольных армировок с расположением на консоли двух проводников свидетельствуют о том, чго смещения отдельных узлов значительно превышают допустимые для рельсовых проводников (15 мм) даже при минимально возможной длине шнеолн, поэтому проектирование такой армировки нецелесообразно. Расположение на конце консоли одного проводника обеспечивает нормальную работоспособность конструкции при ограниченной длине консоли, которая составляет 800 - 2200 мм (в зависимости от шага армировки) при невысокой интенсивности подъема (до 1,5-Ю6 Дж) и 400 - 600 мм - при интенсивности до 5-106 Дж.

Основными геометрическими параметрами, определяющими жесткость конструкции в точках крепления проводников, являются: длина консоли I (для чисто консольных армировок); расстояния между точками крепления проводников и точкой присоединения распора З] и а? (для консольно-распорных армировок). Для чисто консольных армировок были определены максимально возможные длины консолей в зависимости от интенсивности подъема, типа проводников и шага армировки (табл. 1 и 2). При необходимости превышения найденных значений длин одинарных консолей целесообразно проектировать консольно-распорные армировки, обеспечивающие

безопасность клетевого лодима с высокой интенсивностью.

Угол между консолью иоаспором л. в пределах значений, реально встречающихся в практике (40 - 70°), незычительно влияет на жесткость конструкции, при этом коэффициент ослабления жескости в указанном интервале может быть принят равным 0,8 (для лобовой жесткосп) и 0,85 (для боковой жесткости).

Таблица 1

Допустимые длины консолея при проектировании чисто консольных армировок (ды рельсовых проводников)

Ин генсивность подъема, Дж Максимально допустимая длина консоли при шаге армировки Ь, м , мм

2-3 3-4 4-5 >5

<1- 106 400 440 500 600

1 • 106 т-1,44- 106 350 400 490

1,45-106 4- 1,73-Ю6 консолыю - 350 440

1,74-10б -г- 2Д6-106 распорная 380

> 2,16-Ю6 армировка

Таблица 2

Допустимые длины консолей при проектировании чисто консольных армировок (для коробчатых проводников)

Интенсивность подъема, Дж Максимально допустимая длина консоли при шаге армировки Ь , м , мм

2-3 3-4 4-5 > 5

< 1-106 не ограничена 2200 1500 1100

МОЧ 1,44- 106 1000 1200 1000 900

1,45-10" +1,73-10" 600 800 750 750

1,74-106 4- 2,16-Ю6 450 600 600 650

2,17-Ю6 4-2,88-Ю6 350 500 500 550

2,89-106 4- 3,6- 106 420 430 460

3.61 -106 4- 4,32 ■ 106 КО!!СОЛЬКО - 350 370 410

4,33-106 + 5,04-106 распорная 380

> 5,04-106 армировка

В реальных конструкциях узлов крепления консолей к монолитной бетонной крепи анкерами возникают деформации бетона и появляются поперечные смещения анкеров в узле крепления, что приводит к дополнительному ослаблению жесткости консоли, на которое кроме прочности материала заделки и инерционных характеристик анкеров влияет распределение усилий на узлы крепления, зависящее в свою очередь от координат точек приложения сил (точек крепления проводников). Исследования показали, что ослабление жесткости вследствие неравномерности распределения усилий и расшатывания заделок зависит от отношений расстояний между распором и точками крепления проводника к длине консоли между крепью и распором, т.е. от величин и агИ.

а)

б)

/

7 /

/

0,1 М >.4 (1Л >,Б

к,7 В,» КЗ

/

/

/

/

/

/

а, и

Рис. 3. Зависимости коэффициента ослабления жесткости V в точке 1 от параметра а1 !с. а - для лобовой жесткости; б - для боковой жесткости.

а)

б)

-

4 \

/ V

/ \

\ \

/ \

а,ч

А к

/ / \

/ \

\

/

/ 1

Рис. 4. Зависимости коэффициента ослабления жесткости V в точке 2 от параметра зг II: а - для лобовой жесткости; б - для боковой жесткости.

б)

/ /

/

1

/

• 4 ШИЛ ю • Л.

к и

м

о,*

V

1

/

(

/ 1

( 1

1

1

у

Рис. 5. Зависимость коэффициентов К^ и К).б ослабления жесткости от угла X: а - для лобовой жесткости; С - для боковой жесткости

V

Кк

Для разработки методики расчета консольных и консольно-распорных армиро-вок с учетом описанных факторов были получены зависимости коэффициентов ослабления лобовой и боковой жесткостей v в точке 1 от параметра atH (рис.3), в точке 2 - от параметра a2/f (рис.4) и коэффициентов К;.л и К,.6 от величины угла X между консолью и распором (рис.5).

На основании действующей "Методики расчета жестких армировок вертик&чь-ных стволов шахт" с учетом проведенных исследований и найденных зависимостей коэффициента ослабления жесткостей от геометрических параметров конструкции разработаны методические основы расчета консольных и консольно-распорных армировок вертикальных стволов. Основные расчетные схемы и формулы для определения жесткости безрасстрельных армировок, а также принятые условные обозначения приведены в табл. 3-6.

Таблица 3

Насчет лотовой жесткости :

Таблица 4

Расчет параметров жесткости

Направление жесткости Расчетные формулы

Средняя жесткость консолей, Н/м Обобщенный безразмерный параметр жесткости

Лобовая С = VCm " Слг о«= C"'h3 6-Е-!л

Боковая: - при одностороннем расположении проводников С6 = V Сб1 ■ Сбг аа С6-И3 ° " 6-Е- Iе

-при двустороннем расположении проводников „б. Сб1"в3 • „б 1 _ 6-Е-16 ' " - Ск-П3 6-Е-16

о6 = гтп (о,6 О?)

Таблица 5

Расчет Соковой жесткости

Таблица 6

Условные обозначения

Условное обозначение Ед. изм. Параметр

Р Ко Дн Е 1а 1 V 1/м Н/м3 м Н/м2 м4 м4 Р — коэффициент жесткости консоли коэффициент жесткости материала заделки анкеров для крепления консолей на сжатие наружный диаметр анкера модуль продольной упругости материала анкеров момент инерции поперечного сечения анкера относительно центральной оси момент инерцни поперечного сечения балки относительно центральной вертикальной оси коэффициент ослабления жесткости конструкции (определяется по графикам в зависимости от к = р^)

Кл,Кв Р а м2 м коэффициенты влияния на лобовую и боковую жесткости угла между консолью и распором к ней площадь поперечного сечения расстрельной балки плечо приложения боковой силы к расстрелу

Условное обозначение Ед. изм. Параметр

77 14. Г,1б ь мг м4 м геометрический параметр конструкции К = а2(^ -а2>[За22-(За2-0^] лобовой и боковой моменты инерции сечения проводника шаг армировки

На основании методики разработана компьютерная программа АИМПС на языке ТигЬоВазк, реализующая указанную методику расчета и включающая в себя определение коэффициентов ослабления жесткости, коэффициентов воздействия боковой и лобовой сил, координат точек приложения сил на пролетах между ярусами, значений функции жесткости. Определение перечисленных коэффициентов и параметров производится по функциональным зависимостям, найденным специально для данной цели, поэтому пользователь может произвести все предусмотренные методикой расчеты, не прибегая к требуемым таблицам и графикам. В результате выполнения программы получены таблицы результатов расчета жесткосгных параметров армировки, усилий на армировку, напряжений и прогибов проводников, подтверждающие корректность построения программы.

Основная специфика безрасстрельных схем армировхи заключается в конструктивной обособленности элементов (консолей, консолей с распорами) в ярусе. Поэтому немаловажной проблемой в технологии армирования является строгое соблюдение соосности соответствующих консолей в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расположение всех консолей яруса в одной горизонтальной плоскости, установка соответствующих консолей вссх ярусов в одной вертикальной плоскости. Выполнение всех указанных требований при поэлементном монтаже армировки невозможно, поэтому для установки яруса такой армировки необходимо использование специальных шаблонов.

Существенным фактором, определяющим надежность и работоспособность армировки, является способ крепления расстрелов и консолей к крепи ствола.

Применение наиболее распространенного для многорасстрельных армировок способа бетонирования концов расстрелов в лунках является ненадежным для закрепления консолей, так как вся нагрузка на консоль передается только на одну заделку, что приводит к разрушению материала заделки и потере работоспособности консоли. Поэтому наиболее приемлемым решением является крепление консолей анкерами с плотным прижатием консольных расстрелов к бетонной крепи ствола.

Анализ технологических особенностей позволил определить следующие требования к технологии армирования стволов безрасстрсльными конструкциями армировки:

- крепление консолей и распоров должно осуществляться анкерами;

- способ крепления - плотное прижатие к крепи ствола;

- конструкция узла крепления должна обеспечивать возможность регулирования положения; консоли в продольном направлении в пределах 30 - 300 мм в зависимости от диаметра и глубины ствола и в поперечном направлении в пределах 100 мм;

- установка консолей требует применения специальных монтажных шаблонов.

Исходя из перечисленных требований была разработана технология армирования столов безрасстрельными конструкциями армировки с одновременным установ-

кой консолей и проводников с использованием монтажных шаблонов.

Для оценки экономической эффективности применения разработанных безрас-стрельных схем и технологии армирования произведен расчет металлоемкости конструкций, трудоемкости их возведения и стоимости армирования. Результаты расчета указанных параметров для типовых и безрасстрельных схем стволов приведены в табл.7.

Таблица 7

Технико-экономические показатели типовых и безрасстрельных (малорасстрельных) армировок

№ Типовая схема Метал-лоем-кость т/м Трудоемкость чел-ч м Стоимость монтажа м № Безрас-стрельная схема Металлоемкость т/м Трудоемкость чел-ч м Стоимость монтажа щб, м

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

К1 ■ "-иг; • 0,358 5.49 14.21 К1б 1| ,1 1 н •у/ 0.316 0.334 3.40 4.26 8.60 10.74

К2 ) г! ! "Т ' I Т I ' 1". 0,487 8.46 21,9 К2б ■ ( т 0.421 0.478 6.64 8.37 17.01 21.28

КЗ % -Ун 0,742 14.32 37,07 КЗб ;■ N ' 1 1' ' \\ 0.538 0.611 7.57 9.37 19.37 23.28

К4 щ 1 Е ) 0,689 11.82 33.49 К4б ■■(01! М " т\ 0.429 0.477 5.44 7.17 13.88 18.15

К5 II -1 : ^ \ Т. 1 " ч 0,792 14.28 36.96 К5б 1 > ■ !\ 1 ■ ? 0.559 0.637 7.57 9.37 19.37 23.82

• .ЗЩ,/'

Кб ■1 I '"I ?! И ! х-- ''0 ""Г1 0.398 7.07 18.3 Кбб 0.316 0.334 3.40 4.26 8.60 10.74

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

К7 1-, ' _ - - • т Т'Т"*'! 1_! , 0.375 6.03 15.63 К7б ЙгтЩ' | ; \_L_fr1j 0.332 0.365 4.00 5.15 10.17 12.94

С1 ■у'гЬ 0,523 8.90 23.06 С1б 0.505 6.54 16.58

С2 0,716 11.21 29.03 С2б лЩЬ 0.600 6.85 17.24

сз ■. Гг^и-1 ; 0.734 12.76 33.05 СЗб '*■ ' V |;| ! 'К-, '.И;-И/ V*-»! 1 Н *Г*/ ■ , у , ^ ' 0.631 8.59 21.69

Примечания'. 1. Для безрасстрельных схем в числи геле приведены показатели консольных армировок, в знаменателе - консольно-распорных. 2. Стоимость монтажа приведена в ценах 1991 г.

Для определения технико-экономических показателей типовых и соответствующих им безрасстрельных армировок была разработана компьютерная программа А1Ш1К1 на языке ТигЬоВахю, которая позволяет оценить металлоемкость конструкции, трудоемкость и стоимость армирования по одной из предложенных схем. Программа включает 24 схемы вертикальных стволов с соответствующими им характеристиками, из них: 9 наиболее распространенных типовых схем клетевых и 5 схем скиповых стволов, а также 7 альтернативных безрасстрельных схем клетевых и 3 схемы скиповых стволов.

Кроме названных традиционных показателей были определены коэффициент технологической плотности армировки К5 и комплексный показатель сложности армировки А.

Коэффициент технологической плотности армировки К5 характеризует схему расположения элементов армировки в ярусе с позиции ее технологичности при производите работ.

Комплексный показатель сложности армировки А позволяет получить оценку сложности армировки по величине ее трудоемкости, с учетом технологичности армировки, и определяет количество труда, чел.-час, которое необходимо затратить для армирования 1 м3 пространства данной, конкретной армировкой.

Результаты расчета показателей приведены в табл. 8.

Проведенный технико-экономический анализ разработанных схем армировки и технологии армирования показывает, что использование предлагаемых технических решений позволяет спилить металлоемкость армировки на 11,5 — 37,7 %, трудосм-

кость армирования на 21,5 - 53,9 %, стоимость изготовления и монтажа конструкций на 22.3 - 58,6 % в зависимости от схемы, при проектировании чисто консольных армировок и, соответственно, на 1,8 - 30,8 %, 1,1 - 39,7 %, 2,8 - 45,8 % при проектировании консольно-распорных армировок.

Таблица 8

Коэффициенты технологической плотности К5 и комплексные показатели сложности армировки А для типовых и безрасстрелышх схем

Типовая схема Кэ А, чел.-час / м3 Безрасстре-льиая схема Кз А, чел.-час / м3

К-1 0,234 0.83 К-16 0,246 0,49/061

К-2 0,201 1,09 К-26 0,204 0,84/ 1,06

К-3 0.188 1.98 К-3 б 0,208 0,95/ 1.17

К-4 0,166 1,29 К-46 0,167 0.65 / 0,85

К-5 0,171 1,67 К-56 0,176 0,86/1,06

К-6 0,231 1,11 К-бб 0,246 0,49 / 0,61

К-7 0,192 0,81 К-76 0,199 0,62 / 0,77

С-1 0,237 1,33 С-1 б 0,237 0,98

С-2 0,198 1,47 С-26 0,202 0,88

С-3 0,198 1.67 С-Зб 0,206 1,03

Примечание: В безрасстрелышх схемах комплексный показатель сложности армировки А рассчитан для '¡исто консольных армировок (числитель дроби) и консольно-распорных армировок (знаменатель).

С точки зрения технологичности армировки иезрассгрельные схемы яклякисн более предпочтительными, так как по сравнению с соответствующими им типовыми схемами коэффициент технологической плотности К5 увеличивается на 1 - 10,6 % (и среднем - на 4,46 %), а комплексный показатели сложности армировки А снижается: для консольных армировок на 22,9 - 55,9 % (в среднем - на 41,9 %), для консольно-распорпой армировки - на 2,8-45 % (в среднем - на 27,2 %).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа является научным трудом, в котором на базе выполненных автором теоретических исследований изложены научно-обоснованные технические, технологические и экономические разработки, обосновывающие решение важной прикладной задачи - разработку технологии армирования вертикальных стволов безрасстрельными конструкциями армировки, обеспечивающих снижение трудовых и материальных затрат, сокращения сроков строительства, улучшающих аэродинамические характеристики стволов..

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Выполнен системный анализ применяемых схем и конструкций безрасстрель-ной армировки.

2. Разработан параметрический ряд схем и конструкций безрасстрельной армировки применительно к типовым сечениям вертикальных шнилив с жес1кий армирин-кой. используемых в угольной промышленности.

3. Построены конечно-элементные модели консольной и консольно-распорной армировки, и с их помощью исследована зависимость лобовой и боковой жесткостей консолей в точках крепления проводников от геометрических параметров армировок.

Установлены зависимости коэффициентов ослабления жесткости консолей, закрепляемых анкерами, от геометрических характеристик консолей и параметров заделок.

4. На основе проведенных исследований разработаны методические основы расчета бсзрасстрельных армировок с учетом ослабления жесткости конструкции в результате деформации материала заделки анкеров, закрепляющих консоль.

5. На основе анализа технологических особенностей разработана технология армирования вертикальных стволов безрасс.трельными конструкциями армировки и обоснованы ее конструктивные параметры.

6. Произведена технико-экономическая оценка разработанных технических решений.

7. Результаты исследований были использованы при разработке проектной документации жесткой армировки вспомогательного и вентиляционного стволов шахты "Обуховская № 1" и вспомогательного ствола № 4 шахты "Гуковская". Опытно-промышленная проверка основных положений диссертационной работы произведена при армировании вспомогательного ствола № 4 шахты "Гуковская".

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Прокопов А. Ю. Безрасстрельные схемы армировки. - Ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных месторождений. Тез. докл. к научной конференции Шахтинского ин-та НГТУ. 21-27 апреля 1995г./Под ред. В. И. Павленко; Новочеркасск: Новочерк. гос. техн. ун-г,1995, с.47-49.

2. Ягодкин Ф. И., Страданченко С. Г., Прокопов А. Ю. Защита армировки вертикальных стволов от влияния сложных горно-геологических условий. - Научно-технические проблемы строительства и охраны горных выработок: Сб. науч. тр./Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1996, С. 18-24.

3. Прокопов А. Ю. Сравнительный анализ типовых и безрасстрельных схем жесткой армировки вертикальных стволов. - Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок. Межвуз. сб. научн. тр. Новочеркасск: НГТУ, 1997. - с.200-204.

4. Прокопов А. Ю. Компьютерное моделирование и расчет жесткой армировки вертикальных стволов шахт. - Научно-технические проблемы разработки месторождений. строительства и охраны горных выработок. Межвуз. сб. научн.тр. Новочеркасск: НГТУ, 1997. - с.205-208.

5. Прокопов А. Ю. Безрасстрельные армировки вертикальных стволов шахт. -Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт: Тез. докл. науч.-произв. конф. Шахты, 12-14 июня 1997 г. /Новочерк.гое.техн.ун-т. Новочеркасск: НГТУ,¡997. - с.15.

6. Прокопов А. Ю. Разработка методики расчета жесткости безрасстрельных армировок. Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок: Сб. научи, тр. / Компания "Росуголь", акционерное общество "Росшишахтострой"; Новочерк. гос. техн. унт. - Новочеркасск: НГТУ, 1997. - С. 71-78.