Технология строительства вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.04, кандидат технических наук Нечаенко, Виктор Иванович

• Нечаенко, Виктор Иванович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нечаенко, Виктор Иванович

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение

1. Современное состояние и задачи совершенствования конструкции и технологии возведения крепи в зонах покровных отложений

и на контакте с ними

1.1. Анализ горно-геологических условий проходки стволов в Восточном Донбассе

1.2. Анализ применяемых конструкций крепи в сложных горногеологических и гидрогеологических условиях

1.3. Постановка задачи. Цель и методы исследований

2. Выбор рациональной конструкции сборной крепи из железобетонных элементов

2.1. Анализ применения сборных крепей вертикальных стволов

из железобетонных элементов

2.2. Технические требования к конструкции крепи из железобетонных элементов

2.3. Определение рациональной конструкции и основных параметров блока железобетонного клиновидного

2.4. Расчет крепи из блоков БЖК, как кольца из монолитного железобетона

Выводы

3. Исследование особенностей напряженно-деформированного состояния сборной крепи из блоков БЖК

3.1. Основные соотношения теории оболочек

3.2. Плоская задача

3.3. Решение по безмоментной теории

3.4. Исследование напряженно-деформированного состояния

крепи при монтаже замкового блока

Выводы

4. Стендовые испытания сборной крепи из блоков железобетонных клиновидных и разработка параметрического ряда блоков

4.1. Конструкция крепи и силового стенда

4.2. Методика и результаты испытаний

4.3. Сравнение результатов эксперимента с расчетными данными

4.4. Разработка параметрического ряда блоков железобетонных клиновидных

Выводы

5. Опытно-промышленная проверка технологии крепления ствола сборными железобетонными блоками

5.1. Общие сведения

5.2. Конструкция блока железобетонного клиновидного

5.3. Технология возведения крепи из блоков БЖК

5.4. Наблюдения и измерения крепи в период ремонта и эксплуатации ствола

Выводы

6. Разработка технологических схем проходки стволов с креплением клиновидными железобетонными блоками

6.1. Технологические схемы возведения крепи из блоков

БЖК

6.2. Совмещенная схема проходки

6.3. Последовательная схема проходки

6.4. Расчет технической скорости проходки вертикальных стволов

6.5. Технико-экономические показатели разработанной технологии

Выводы

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Приложение 2.1 Расчет геометрических параметров блоков

Приложение 2.2 Расчет несущей способности параметрического ряда крепи из сборных железобетонных блоков

Приложение 2.3 Расчет арматурного каркаса, подбор монтажных петель для транспортировки блоков и монтажных приспособлений для монтажа блоков, и материала для гидроизоляции швов

Приложение 3.1 Расчет напряженно-деформированного

Приложение 3.2 состояния пояса цилиндрической

Приложение 3.3 оболочки крепи

Приложение 4.1 Акт стендовых испытаний крепи из блоков

БЖК

Приложение 4,2 Расчет напряжений и деформаций в крепи

Приложение 4.3 Технические условия на изготовление блоков

БЖК

Приложение 5.1 Акт внедрения крепи из блоков железобетонных клиновидной формы при ремонте воздухоподающего ствола

шахты №3-2бис ШУ «Степановское» АО «Ростовуголь»

Приложение 6.1 Расчет технической скорости проходки стволов по совмещенной и параллельной технологическим схемам с

креплением блоками БЖК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология строительства вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях»

ВВЕДЕНИЕ

Сооружение вертикальных стволов находится, как правило, на критическом пути строительства и реконструкции шахт и определяет сроки их ввода в эксплуатацию. Занимая в общем, объеме капитальных горных выработок 154-25%, продолжительность строительства стволов достигает 35*50% общей продолжительности строительства шахты.

Одним из технологически наиболее сложных этапов сооружения вертикальных стволов является их проходка в обводненных неустойчивых породах плывунного характера в контактных зонах, а также в зонах нарушений. Трудоемкость и продолжительность проходки в таких условиях достигает от 20 до 40% от общих трудовых затрат и продолжительности строительства всего ствола.

В этих условиях для ведения проходческих работ применяют специальные способы, направленные на предварительное упрочнение пород и гидроизоляцию забоя ствола.

Опыт проходки стволов в указанных условиях свидетельствует, что тип крепи, технология, и механизация ее возведения предопределяют скорость проходки и в значительной степени влияют на качество проходческих работ и производительность труда проходчиков.

В настоящее время наибольшее распространение для крепления стволов в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях получили монолитная однослойная и двухслойная бетонная и железобетонная крепи и крепи из чугунных тюбингов.

Эти крепи имеют высокую стоимость трудоемкость, нетехнологичны при ведении работ в стволе и не всегда обеспечивают требуемое качество.

Применявшиеся ранее сборные крепи из железобетонных элементов в настоящие время не используются из-за выявленных существенных недостатков, несмотря на свою экономичность.

Вместе с тем накоплен значительный положительный опыт применения сборных крепей из железобетонных элементов при проходке горизонтальных выработок, который может быть использован при совершенствовании конструкций крепи и технологии ее возведения при проходке вертикальных стволов в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях.

Решению проблемы интенсификации строительства вертикальных стволов и снижения затрат, приобретающей особую актуальность в современных условиях, посвящена настоящая работа.

Цель работы - создание конструкции крепи и эффективной технологии проведения и крепления вертикальных стволов в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях.

Идея работы - повышение эффективности проходки и крепления вертикальных стволов в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях (в т.ч. контактных зонах) достигается путем применения сборной крепи из блоков железобетонных клиновидной формы, обеспечивающих предварительный распор в кольце, жесткость кольца, герметизацию швов и технологичность монтажных работ.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий системный анализ и обобщение современного состояния крепления вертикальных стволов, теоретические исследования напряженно-деформированного состояния и расчет железобетонных элементов крепи, экспериментальные методы в лабораторных и производственных условиях.

Научные положения и их новизна:

- напряжения сжатия в круговой цилиндрической оболочке крепи ствола из клиновидных железобетонных блоков, в связи с наличием предварительного распора и смещения осей поворота блоков относительно друг друга, близки по величине напряжениям, возникающим в аналогичной цилиндрической оболочке из монолитного железобетона;

- одной из особенностей круговой цилиндрической оболочки из блоков клиновидных железобетонных является возникновение касательных напряжений на ее боковых гранях при работе крепи и монтаже замкового блока с созданием предварительного распора, достигающих максимальной интенсивности в окрестностях вершин и требующих армирования с расположением рабочих стержней вдоль боковых граней блоков;

- эффективность рекомендуемой технологии достигается совокупной реализацией конструктивных решений блоков железобетонных клиновидных, обеспечивающих предварительный распор в кольце крепи, герметизацию швов, высокую точность, качество монтажа, и вытекающих из них организации работ и средств механизации.

Полученные результаты исследований использованы для обоснования технологических схем крепления стволов блоками железобетонными клиновидными и разработки конструкторской документации на изготовление блоков и средств механизации работ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, подтверждается системным анализом литературных и проектных источников, опыта строительства стволов, корректностью постановки задач, использованием конечно-элементного анализа и математического моделирования, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов (погрешность не более 7ч-10%) с данными экспериментальных исследований и полученными при креплении ствола с применением рекомендуемой технологии.

Научное значение работы заключается в установлении закономерности распределения напряжений в блоках с клиновыми боковыми поверхностями, положенных в основу расчета и конструирования блоков, а также технологии монтажа крепи.

Практическое значение работы заключается:

в разработке и внедрении технологии крепления стволов в сложных горногеологических и гидрогеологических условиях сборной крепью из блоков кли-

новидных железобетонных, позволяющей повысить качество крепи, обеспечить ее герметичность, максимально механизировать работы, повысить производительность труда и снизить стоимость работ по сравнению с монолитной железобетонной крепью на 10% и 6 1,5 4-^5 РАЗАпо сравнению с крепью из чугунных тюбингов;

в разработке крепеукладчика, позволяющего максимально механизировать работы, повысить производительность труда и точность монтажа крепи.

Реализация результатов исследований. Результаты реализованы при реконструкции воздухоподающего ствола шахты №3-2бис ШУ «Степановское» АО «Ростовуголь» и проекте проходки воздуховыдающего ствола блока №1 ш. «Капитальная» концерна «Кузнецкуголь».

Рекомендации и выводы работы использованы в ведомственном нормативном документе: «Технологические схемы крепления вертикальных стволов сборной крепью из блоков железобетонных клиновидных в условиях деятельности АО «Ростовшахтоетрой» (Ростовшахтострой, 1995 г.).

Фактический годовой эффект от реализации работы на стволе шахты № 3-2бис составил 76 тыс. руб. (в базовых ценах 1991 г.).

Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на научно-производственных конференциях «Пути сокращения сроков и повышения эффективности сооружения вертикальных стволов» (г. Шахты, 1996 и 1997 г), заседаниях технических советов «Ростовшахтостроя» (г. Шахты, 1992-1997 г), «Ростовгипрошахта» (г. Ростов-на-Дону, 1992-1997), на научно-технических конференциях кафедры строительства подземных сооружений и шахт «Шахтинского института Новочеркасского Государственного технического университета».

Публикации: по теме опубликовано 8 работ.

Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 158 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 21 таблицу, список используемой литературы из 44 наименований и 11 приложений.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ЗАДАЧИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ВОЗВЕДЕНИЯ КРЕПИ В ЗОНАХ ПОКРОВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И НА КОНТАКТЕ С НИМИ

1.1. Анализ горно-геологических условий проходки стволов в Восточном Донбассе

Горно-геологические условия сооружения вертикальных стволов в Восточном Донбассе изучены по условиям проходок стволов в 1972-1996 годах.

В качестве объектов исследования приняты 28 стволов, пройденных в АО «Гуковуголь», АО «Ростовуголь», АО «Обуховская».

В таблице 1.1 приведены данные по литологическому составу пересекаемых пород, глубине и диаметру стволов (типу и толщине крепи), а также гидрогеологические данные по пересекаемой толщи коренных пород и примененным специальным способам при проходке в этих породах.

Исследуемые стволы пройдены на глубину от 172 м (вентиляционный ствол №1 шахты «Октябрьская-Южная») до 1125 м (новый вспомогательный ствол шахты «Глубокая»). Диаметр стволов в свету от 5 до 8 м.

В геологическом строении принимают участие породы четвертичного, неогенового и каменноугольного возрастов.

Зоны коренных пород представлены перемежающимися слоями песчаников и песчаных сланцев, песчано-глинистых и глинистых сланцев, известняков и известковых сланцев, углей и углистых сланцев с пологим углом залегания.

На рис. 1.1 представлена диаграмма распределения пересекаемой стволами толщи пород по литологическому составу. Из диаграммы видно, что около 80% пород залегающей толщи составляют песчаники и песчаные сланцы.

Таблица 1.1

Горно-геологические данные и способы проходки стволов в коренных породах Восточного Донбасса

№ Наименование стволов Глубина, м Диаметр в свету, м Тип и толщина крепи Процентное соотношение суммарная мощность, % пород; мощность слоя (от-до), м Гидрогеологические данные Спец. способ проходки в коренных породах

§ § 1 § ИЗ «и 5 К о н С © 1 с Сланец песчаный Сланец песч-глин Сланец глинистый Известняк и сланцы известковые Угли и сланцы углистые Коренные породы

Кол-во горизонт. Мах приток, м /ч а г> £ Ю о СО

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16

1 ш. «Алмазная» Главный ствол г^ сч 7 Я ~ о о Н О ю — 31,5% 295 41,8% 385 — 21,1% 192 4,1% 37,5 1,3% Ю,1 18 20 165 Тампонаж с поверхности

0,5-42,3 0,3-17,8 0,1-16,4 0,2-3,8 0,02-1,1

2 ш. «Алмазная» Вспомогательный ствол о 00 7 ¡и 5 о н о (О СП ю — 31,91% 285 42,11% 376 — 20,94% 187 3,64% 32,5 1,13% 10,1 19 20 175 Тампонаж с поверхности

0,5-42,3 0,3-17,8 0,1-16,4 0,2-3,8 0,02-1,1

3 ш. «Наклонная» ШУ «Мирное» Центральный вентиляционный ствол о 5 я ^ о о н «л $ « 1,35% 10 37,93% 280,7 36,05% 266,8 6,05% 44,8 15,28% 113,1 0,65% 4,8 2,68% 19,8 11 100 230 Тампонаж с поверхности

0,5-6,3 0,8-39,1 0,6-27,9 0,4-11,8 0,6-19,5 0,2-1,3 0,01-1,3

00 оч

ш. им. Ленина Вентиляционный ствол №3 ш. «Несветаевская» Вентиляционный ствол №1 ш. «Дальняя» Скиповой ствол ш. им. 50 лет Октября Вентиляционный ствол №2 ш. им. 50 лет Октября Вентиляционный ствол №1

520 612 347 410 385 и>

и» и» 6,5 V» (л

бетон 250 бетон 300 бетон 300 бетон 300 бетон 300 VI

1 о V н-» К) м 00 V» ^ чР О4 1 0 1 >—» К> Ъ\ 00 Оч -1, оо Оч чР о4 0 V. 1 оо ю Оч

1,2-23,5 I—1 <?ч » м * 00 чр о4 р 00 1 к> 00 о Ы оч N1 чр о4 * V к» оо У р "ль. О4' Чр О4 0 1 и! Ы к> 00 Г" ю и-. чО о4 и> ОЧ ^ О и) X о4 <1

0 00 1 » Ъ\ £ ^ 00 чр о4- © 4л к-» и> К« оо о р и> 1 >—■» 1© 1л) 1 к КЪ V ^ 4*. чО 0х О V оо Ъ к-" ^ О ^ Ы ЧО р 00 1 ЧЭ V О " 00 ■чГ ^ -Й' чР 0х 00

р Оч н-» р 00 V» чО р \л оч © 00 к» 0® о4 >—* Оч 1 1л » Оч Ы чР о4 И-» ы 1 "чО * «« —^ чо и> оо Чр 0 V 1 и> оо тг ^ О оч о4 ЧО

0,4-23,1 * у о °£ чР О4 © 1 00 00 £> к-* к> 1 00 оч «> ^ и» О 1л ы ы К» к- 00 ч. ЧО чО о р ь-* до оо Оч ^ чО ¿ч о

0,2-0,8 О "-» 5 о4 р » н—» » р ,у> 00 " 3 о4 0 V 1 > и» >> ЧО <1 о-» чР 0 V» ы 1 "оо К) 00 "о о ^ и» К! 00 » О чр

р 0 К) 1 00 о© * 4*> ©Ч 4« о4- 0 1—* 1 р Ъо КЭ 00 о4 о р ъ и» О "\с чР Р4 о 0 1 1—' 4^ о К> \л и) ач чО 0х о 0 Й 1 Н-* V О 2! оо О чР о4 ь—* ю

чо с* и>

V» и» В—1 о о ы о и» м А

1—' ю 00 ы О V© --4 00 ич

1 Цементация Цементация Цементация Цементация 1-й ОЧ

я £

1=) и

I

съ Я К о

н йэ СУ» Й

в

Н-* и» и—' о ЧО Ь—*

ш. им. 50 лет Октября Вентиляционный ствол №3 ШУ «Бургустинское» Восточный вентиляционный ствол ш. «Западная-Капитальная» Блоковый вентиляционный ствол ш. «Юбилейная» Вентиляционный ствол №1 ШУ «Бургустинское» Вспомогательный ствол

863 875 721 465 220 и>

о\ и» С\

бетон 300 бетон 300 бетон 300 бетон 300 бетон 300

1 0-18,5 0,0-12,0 04 £ 0,0-8,7 3,66% 17,3 0,6-5,5 11,5% 25,3

0,9-34,3 38,3% 328,2 1—1 ы 1 м ■с» Ъ\ 43,0% 90,5 0,7-19,8 27,31% 196,9 : 1 0,4-27,3 16,49% 76,7 0,9-18,6 45,86% 100,9

1,7-22,8 32,0% 276,2 0,6-18,1 ч о •О чв О4 2,4-35,6 41,0% 295,6 1,1-25,0 37,77% 175,3 0,4-27,0 26,09% 57,4 00

> 14,2% 122,2 1 1,3-17,5 1 18,25% ! 131,6 1 1 00 V 13,87% 64,5 ! 1 1 чэ

0,8-6,3 9,1% 78,4 о Ъ» ■ ы 7,9% 16,6 | Н-1 и» 1 ю Ъ 6,85% 49,39 ] 0,8-16,5 1 27,59% 128,3 о Ъо ■ "и) 14,59% 32,1 о

0,18-1,7 5,7% 49,6 ы 1 о ъ _ о ы а О4 0,3-0,9 0,17% 1,2 о £ 00 Ь-' и> с* чР О4 0,4-0,9 1,0% 2,2 м >—*

0,02-1,3 0,9% 8,4 0,02-0,7 О чР о"- 5й 0 1 1—» о 0,65% 4,7 1 1 о о ы О О -Г* ч? 0,02-1,4 о >- Ч; чР ¿4 Ь-» ю

-и И-1 О 1—» ю н—* и>

о Ю О Н-< О м о 1—> и»

ч? ы О к> 00 о и» н—* и*

Тампонаж с поверхности Цементация Тампонаж с поверхности Тампонаж с поверхности Цементация С*

я

•я

о §

К

С5

И

га <т>

н р

2»

к я

е

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

14 ш. им. 50 лет Октября Новый вспомогательный ствол <г> 00 7 о о Р о а> т о — 37,51% 328,2 31,57% 276,2 13,97% 122,2 8,96% 78,4 7,04% 61,6 0,96% 8,4 14 30 92 Тампонаж с поверхности

0,9-34,3 1,7-22,8 2,4-6,9 0,8-6,3 0,18-1,7 0,02-1,3

15 ш. «Глубокая» Западный воздухо-подающий ствол о о г- 7 X о О н «п 0) ГТ ю 5,57% 39,0 40,34% 282,4 42,93% 300,5 — 9,36% 65,5 0,94% 6,6 0,86% 6,0 10 45 70 Тампонаж с поверхности

0-20,2 2,1-36,2 2,2-18,7 3,3-11,8 0,2-2,0 0,2-0,9

16 ш. «Октябрьская-Южная» Вентиляционный ствол №2 г^ СГ\ Г-н 6 к О о й О <и сп ю 78,13% 150 13,75% 26,4 5,0% 9,6 — 2,71% 5,2 — 0,42% 0,8 5 18 27 )

0,3-41,8 3,3-31,1 1,0-8,6 5,2 0,8

17 ш. «Октябрьская-Южная» Вентиляционный ствол №1 £ I—1 6 « — 71,98% 122,4 13,2% 22,7 8,02% 13,8 — 5,52% 9,5 — 1,28% 2,2 5 10 21 —

0,1-33,2 1,4-20,2 1Д-Ю,5 9,5 0,2-1,1

18 ш. «Октябрьская-Южная» Главный ствол V© чо 6 бетон 500/300 21,58% 143,8 34,76% 231,5 29,34% 195,4 7,67% 51,1 5,26% 35,0 0,48% 3,2 0,92% 6,1 8 35 52 Тампонаж с поверхности

0,6-55,6 4,0-58,0 2,5-40,7 2,3-9,2 0,2-9,8 0,3-1,2 0,1-1,9

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

19 ш. «Октябрьская-Южная» Вспомогательный ствол 7 » о р т 22,73% 140 33,05% 203,6 28,04% 172,7 3,88% 23,9 11,43% 70,4 0,5% 3,1 0,37% 2,3 7 35 45 Тампонаже поверхности

V© 5 о ю о «п 4,0-55,6 2,7-21,3 1,0-36,2 3,3-17,1 1,0-11,3 0,4-1,2 0,1-0,3

20 ШУ «Степанов-ское» Воздухопо-дающий ствол оо г- 6 о Я. 4,68% 35,0 29,74% 222,2 36,39% 272,2 23,32% 174,5 3,52% 26,3 0,96% 7,2 1,39% 10,4 24 150 418 Тампонаж с поверхности

н о 0) (Г> ю 1,2-28,0 1,0-18,9 0,8-32,1 0,7-37,3 0,2-16,3 0,2-3,2 0,2-1,1

21 АО «Обуховская» Вентиляционный ствол №6 00 к 2 Я 2,51% 18,8 43,16% 322,8 21,47% 160,6 12,78% 95,6 16,6% 124,2 2,18% 16,3 1,3% 9,7 26 42 154 о « и 8 О 53 В '

г- 7 н о 1,1-14,4 0,7-48,3 1,0-17,7 1,2-20,3 0,4-32,3 0,2-4,3 0,01-1,3 о Й С л § » г®* о ь И

22 ШУ «Мирное» Вентиляционный ствол №7 *—< 7 к о о н о « о 1,65% 18,4 39,55% 441,0 34,93% 389,5 18,56% 206,9 3,32% 37,0 0,64% 7Д 1,35% 15,1 26 42 154 Тампонаж с поверхности

1—» г—1 0-18,4 1,8-65,5 0,3-56,3 0,5-32,9 0,6-9,4 0,2-1,6 0,1-1,9

23 АО «Обуховская» Вентиляционный ствол №7 п СЛ 6 И <-4 §8 £ « 2,87% 21,0 26,04% 190,6 38,52% 282,0 20,55% 150,4 9,37% 68,4 1,38% 10,1 1,27% 9,3 18 80 285 Тампонаж с поверхности

0,6-20,4 0,5-56,6 0,8-26,3 1,2-22,4 0,5-18,5 0,1-6,1 0,02-1,4

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

24 ш. «Глубокая» Вентиляционный ствол №3 о 00 7 и Л 4,5% 30,6 35,23% 239,6 51,6% 350,9 — 10,87% 73,9 1,90% 12,9 0,93% 6,3 8 45 62 Тампонаж с поверхности

0-15,3 1,9-36,3 1,1-35,8 2,0-7,2 0,2-2,1 0,11-0,78

25 АО «Обуховская» Вспомогательный ствол №2 г- 8 я ~ Р 8 н о <и -П" ю 1,64% 13,0 35,87% 284,8 43,4% 342,3 14,91% 118,4 2,08% 16,5 1,36% 10,8 1,03% 8,2 12 40 150 ! Тампонаж с поверхности

0,5-12,5 0,5-45,7 1,2-38,8 1,1-12,9 0,4-3,3 0,2-1,5 0,1-1,11

26 ш. «Юбилейная» Вспомогательный ствол №2 о 00 00 6 и о о й О Ъ со ю — 31,0% 262,5 31,7% 267,9 16,7% 140,8% 17,4% 147,4 1,1% 8,98 2,1% 17,4 16 150 397 Тампонаже поверхности

27 ш. «Юбилейная» Вентиляционный ствол №2 о ю 00 6 и о Я н о 4> СО ю 1,45% 12,5 35,88% 308,6 35,42% 304,6 12,95% 111,3 10,74% 92,4 2,34% 20,1 1,21% 10,4 20 50 250 I Тампонаж с поверхности

0,5-12,0 2,6-50,4 1,0-30,1 3,0-14,4 2,0-11,6 0,5-11,4 0,2-1,09

28 ш. «Глубокая» Новый вспомогательный ствол I—1 »■и 7 в ~ О о й О ю 3,99% 44,9 33,14% 372,8 33,45% 376,3 11,06% 124,4 15,31% 172,2 1,93% 21,7 1,13% 12,7 8 50 85 Тампонаж с поверхности

0,5-16,0 0,4-41,6 0,3-11,3 0,7-14,5 0,8-18,5 0,3-4,2 0,02-0,9

- 1,7% Угли и сланцы углистые -1,95% Известняк и сланцы известковые

отложения

Сланец песчано-глинистый

V--------И|

^ 11,72% ^ Сланец глинистый 32,85%

36,53%

/=1-2 /=7-12 /=0,6-2

/=4-6

/=4-6 Песчаник /=10-15

Сланец песчаный /=7-9

Рис. 1.1. Диаграмма распределения залегающей толщи пород по литологическому составу

Анализ гидрогеологических данных показывает, что в коренных породах количество водоносных горизонтов изменяется от 5 (вентиляционные стволы №1 и №2 шахты «Октябрьская-Южная») до 26 (воздухоподающий ствол ШУ «Мирное»). Водоносные горизонты представлены весьма устойчивыми трещиноватыми песчаниками.

Максимальный приток с водоносного горизонта составлял от 5 м3/час в вентиляционном стволе №3 шахты им. Ленина до 150 м3/час в вентиляционном стволе №6 АО «Обуховская» и вспомогательном стволе №2 шахты «Юбилейная».

Общий приток изменялся от 12 м3/час в вентиляционном стволе №3 шахты им. Ленина до 418 м3/час в вентиляционном стволе №6 АО «Обуховская».

Для предупреждения больших притоков подземных вод в стволы из водоносных горизонтов, представленных весьма устойчивыми трещиноватыми песчаниками, применялось искусственное заполнение трещин и полостей в породах тампонажным материалом через скважины. Тампонаж с поверхности применялся при проходке 19 стволов из 28, а цементация в 6 стволах.

Проходка стволов велась в коренных породах буровзрывным способом. Крепление осуществлялось монолитным бетоном класса В 15...20 толщиной от 250 до 500 мм.

Зоны покровных отложений выявлены в 21 стволе из 28 исследуемых.

Для более детального исследования зон покровных отложений, а также коренных пород на контакте с этими зонами принято 9 стволов: вентиляционные №1 и №2 и главный ствол шахты «Октябрьская-Южная», вентиляционный ствол №3 шахты «Глубокая», воздухоподающий ствол шахты 3-2 бис ШУ «Сте-пановское», воздухоподающий ствол ШУ «Мирное», вентиляционные стволы №6, №7 и вспомогательный ствол №2 АО «Обуховская».

В таблице 1.2 приведены данные по литологическому составу пород, мощности покровных отложений, гидрогеологии и специальным способам проходки в покровных отложениях.

Для вентиляционных стволов №1 и №2, а также главного ствола шахты «Октябрьская-Южная» исследуемая глубина равна мощности покровных отложений. Для остальных стволов рассматривалась зона покровных отложений и коренных пород на контакте с этой зоной до глубины 100 м.

Наиболее ярко выражены зоны покровных отложений в стволах шахты «Октябрьская-Южная». Они представлены перемежающимися слоями глин, суглинков, песка, супесей известняка, а также слоем песчано-глинистого сланца в вентиляционном стволе №2.

Для других анализируемых стволов зоны покровных отложений имеют мощность от 13 до 35 м и представлены в основном глинами.

На рис. 1.2 приведена диаграмма распределения исследуемой толщи покровных отложений по литологическому составу. Диаграмма показывает, что на 57% четверичные отложения представлены глинами.

В Восточном Донбассе породы покровных отложений относятся к обводненным и неустойчивым. Наибольшие трудности при проходке стволов возникают при пересечении песков и супеси с плывунными свойствами.

На шахте «Октябрьская-Южная» плывуны расположены в интервалах глубины 86-107,4 м в главном стволе, 32,1-81,1 в вентиляционном стволе №1, и 16,6-94,8 в вентиляционном стволе №2.

В плывунах притоки воды обычно не превышают 3 м3/час, однако отличительной особенностью является плохая отдача воды. Плывун также способен проникать через малейшие неплотности в крепи и заполнять пройденную часть выработки.

При проходке ствола шахты обычным способом при откачке воды из плывуна выносятся породы, что ведет к осложнениям и авариям в стволе.

со 8

X §

^ § ю

В

90 4^

00 О 4-

00 00

Ы I

4- 4-

ю г

0

1

н-*

о

о &

к>

ел ел О о

ЧО чо

о о

О О ел ел

о о

о о к> ы

2а

■Я® в ¡а

1 &

I £ & |

3 I § |

* ё

ео ел

0\

ел

и) и) ел ел

ео

-У1

со ел

0

1

ю о

0

1

ео "ю

о

4-

4-* +-

'--4

Ы К>

ео

ео ео к» к>

К) ю

о о

и> и» Ы К)

о о 4- V

СГ1 оо |

2 4 а я

ео Ъо

4-

и>

00

О о

С\

. о

ео I

ео О к. '

К? ю

я*

ео I

и>

Я м

-4 I

пл ел

22 с*

ел от

40

Сч> 00

V©

К>

оо ^ СЛ

и> ** о 94

к)

8а

о 8

И

н- а о Й н- о 00 *

ю ы

1

60

п>

К>

(о

и. ^

ео ел

£¡2

8«

00 К

ео ©

Г 8

00 £

»1

1

Й

00

3 я

ел о

ел о

о

£

Р1 Ь ос ■

ел

- , о** 1

Заключение диссертации по теме «Строительство шахт и подземных сооружений», Нечаенко, Виктор Иванович

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. И. А. Мартыненко, П. С. Сыркин, М. С. Данилкин, Е. М. Красунцев, В. й. Нечаенко Технология строительства наклонных выработок// Новочеркасск: НГТУ, 1994. - 124с.

2. П. С. Сыркин, Ф. И. Ягодкин, Й. А. Мартыненко, В. И. Нечаенко, М. С. Данилкин Технология оснащения вертикальных стволов для проходки // Новочеркасск: НГТУ, 1996. - 123с.

3. И. А. Мартыненко, В. В. Левит, В. И. Нечаенко Пути совершенствования последовательной схемы армирования вертикальных стволов. Сборник «Научно-технические проблемы строительства и охраны горных выработок»// Новочеркасск: НГТУ, 1996. с. 10-17.

4. И. А. Мартыненко, Ф. И. Ягодкин, В. И. Нечаенко Исследование экономической эффективности армирования стволов одновременно с проходкой. Сборник «Научно-технические проблемы строительства и охраны горных выработок»//Новочеркасск: НГТУ, 1996. с.24-26.

5. Ф. И. Ягодкин, И. А. Мартыненко, П. С. Сыркин, В. И. Нечаенко Технология армирования вертикальных стволов шахт. Учебное пособие// Новочеркасск: НГТУ, 1994. - 75с.

6. Ф. И. Ягодкин, И. А. Мартыненко, В. И. Нечаенко Научно-обоснованные технические решения - главное в проектировании строительства шахт//М.: Уголь, 1996. N12, с. 34-37.

7. П. С. Сыркин, В. И. Нечаенко, И. Г. Шинкарь Рекордная проходка вспомогательного ствола шахты «Обуховская №1» темпами 162,7 м в месяц// М: Уголь, 1996. N12, с. 38-40.

8. В. И. Нечаенко Технология крепления вертикальных стволов железобетонными блоками трапециевидной формы. Тезисы докладов научно-производственной конференции г. Шахты «Прохождение вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок при строительстве новых шахт»// Новочеркасск: НГТУ, 1997. с. 13.

9. В. Й. Нечаенко, С. Н. Горбунов Новая конструкция железобетонных блоков для крепления стволов в сложных геологических условиях // Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз. сб. научн.тр./ Новочерк. гос. техн ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1997. с.109-113.

10. В. И. Нечаенко, И. Г. Шинкарь Проходка вспомогательного ствола шахты «Обуховская №1» //Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз. сб. научи. тр./ Новочерк, гос. техн ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1997. с.299-302.

11. П. С. Сыркин, Ф. И. Ягодкин, И. А. Мартыненко, В. И. Нечаенко Технология строительства вертикальных стволов// Москва: ОАО Йзд-во «Недра», 1997. 456 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная проблема технологии крепления вертикальных стволов в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях (в т.ч. контактных зонах) с применением сборной крепи из блоков железобетонных клиновидной формы, обеспечивающих требуемые эксплуатационные качества с повышением производительности труда при минимальных капитальных затратах.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Выполнен системный анализ применяемых конструктивных и технологических решений по креплению вертикальных стволов и горизонтальных выработок в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях сборными крепями из железобетонных элементов, на основании которого предложена новая конструкция блока железобетонного клиновидной формы и технология крепления ими вертикальных стволов, обеспечивающие предварительный распор в кольце, жесткость в кольце, герметизацию швов и высокую технологичность монтажных работ.

2. Выполнен анализ особенностей напряженно-деформированного состояния блока при работе крепи и ее монтаже, на базе которого разработаны конструктивные решения блоков.

3. Разработаны методика и программа испытаний на круговом стенде. Проведены стендовые испытания крепи из блоков. Исследованы изменения контура крепи, косых стыков, контактные нагрузки на наружной и внутренней поверхности крепи, ее прочностные характеристики. Сделан вывод, что результаты стендовых испытаний в основном подтверждают основные расчетные положения.

4. Разработана ресурсосберегающая технология крепления вертикальных стволов в сложных гидрогеологических и горно-геологических условиях блоками железобетонными клиновидной формы.

5. Произведена опытно-промышленная проверка предложенной технологии при перекреплении воздухоподающего ствола шахты №3-2 бис ШУ «Степановское». Всего было закреплено 554 м ствола и получен экономический эффект 76 тыс. руб. в ценах 1991г.

6. На базе выполненного комплекса исследований разработан параметрический ряд блоков железобетонных клиновидной формы для условий проходки стволов в Восточном Донбассе. Блоки могут быть успешно применены и в других районах с аналогичными условиями.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нечаенко, Виктор Иванович, 1998 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Железобетонные ребристые тюбинги конструкции УкрНИИОМШС для крепления вертикальных стволов. Харьков, 1962. -107с.

2. Сборная железобетонная тюбинговая крепь СТК. Рабочие чертежи. - М.: Центргипрошахт, 1956.

3. Бугораев Г. А., Заславский Ю. 3., Тюркян Р. А. Опыт проходки шахтного ствола с применением сборной крепи из железобетонных тюбингов.-М. :Угле-техиздат,1956.

4. Пшеничный А. А. Усовершенствование методов работ по проходке вертикальных стволов шахт.-Алма-Ата, ЦЙНТИ, 1958. -67с.

5. Тюрин К. М. Тюбинги большого размера для крепления вертикальных стволов шахт.-Харьков: ВНИИОМШС, 1957. -88с.

6. Маньковский Г. И. Специальные способы проходки горных выработок.-М.:Углетехиздат, 1958. -256с.

7. Шестов В. С. Железобетонные безреберные тюбинги для крепления вертикальных стволов шахт//В сб. Крепление горных выработок угольных шахт. I,-М. :Углетехиздат, 1957.

8. Технические условия на производство и применение железобетонных ребристых тюбингов конструкции ВНИИОМШС для крепления шахтных стволов. -Харьков.: ВНИИОМШС. -1982. -104с.

9. Кляйн Й., Рисс Х.-Г., Риттер X. Строительство ствола №8 шахты "София-Якоба" с использованием замораживания пород/УГлюкауф -1987, №22, с.12-17.

10. Винтерсон Т. Р. Обзор развития применения крепи из железобетонных тюбингов для шахтных стволов Великобритании// Р. Ж. Горное дело. -1989. Ш0. с.14-18.

11. Бобинский А., Бартецки П. Новые виды крепи стволов, горизонтальных выработок и приствольных камер// ПНР: Горные ведомости. -1975, №4. с. 17-23.

12. Чеслик М. Новые решения стволовых крепей//ПНР: Горные ведомости. -1978, №4. с.23- 27.

13. Бенде В. Крепление ствола сборными бетонными блоками/Экспресс-информация.: Угольная промышленность, 1975, №30. с.45-49.

14. Аваков В. Р. Крепление горизонтальных выработок железобетонными блоками. (Зарубежный опыт)-М. -.Шахтспецстрой, 1986. - 48 с.

15. Лютгендорф X. О. Тридцатилетний опыт применения крепи шахтных стволов со скользящим внутренним цилиндром//Глюкауф.-1986, №17.-С. 19-23.

16. Лютгендорф X. О. Конструкции скользящей крепи для стволов, пройденных способом замораживания//Глюкауф.-1985, №19. -с. 17-20.

17. Шаувекер Э., Фальк И. Монтаж усиливающей внутренней колонны крепи в стволах "Зальцерфурт I" и "Ресинг-Барнтен"//Глюкауф.-1987, №8. -с.28-31.

18. Федюкин В. А. Проходка стволов шахт способом замораживания. -М..Недра.-1970. -350с.

19. Борисовец В. А. Материалы научно-технического совещания "Повышение водонепроницаемости крепи шахтных стволов".-М.:ЦБНТИ, 1965. -с. 12-19.

20. Абакумов Я.Д. и др. Применение полимерного водонепроницаемого экрана при креплении шахтных стволов//Строительство предприятий угольной промышленности.-1974, №12. -с. 23-27.

21. Гаузе Г. Совершенствование конструкций водонепроницаемых крепей шахтных стволов//^г^1ас1 ёогшсгу.-1977, N1. -с.7-9.

22. Применение бетонов на напрягающем цементе в монолитном и сборно-монолитном строительстве//Обзор.-М.:ЦНИИС Госстроя СССР, 1975. -123с.

23. Руководство по приготовлению и применению бетонов и активированных растворов//Монтажные и специальные строительные работы №12. -М.: Шахтспецстрой, 1978. -45с.

24. Инструкция по приготовлению и применению бетонов и растворов для горных работ угольных шахт// Отчет РД 12.13.055-87/ ВНИИОМШС. -Харьков: -1987. -104с.

25. Снегирев Ю. Д., Вяльцев М. М. Долговечность крепи вертикальных стволов шахт.-М.:Недра, 1973. -234с.

26. Обобщить результаты возведения опытных участков цельносекционной обделки тоннелей метрополитенов из напрягающего бетона и составить предложения по ее применению/Ютчет о НИР/НИИЖБ.-Работа №14-Н-2-3-84. М:1984. -56с.

27. Шапиро А. И. Опытное крепление шахтных стволов калийных рудников пластбетоном// Шахтное строительство.-1967, №4. с. 13-16.

28. Баженов Ю. М. Бетонополимеры.-М.:Стройиздат,1985. -97с.

29. Соломатов В. И. Полимерцементные бетоны и пластбетоны.- М.: Стройиздат, 1967. -67с.

30. Крастошевский Л. С. и др. Герметизация швов чугунных тюбингов с помощью клея "Эласт7ДПахтное строительство.-1986, №3, с.24-28.

31. Временная инструкция по сооружению тюбинговой крепи шахтных стволов.-М.:Шахтспецстрой,1986. - 148 с.

32. Горбаткин Б. И. Гидроизоляция чугунной тюбинговой крепи.-М.:Недра, 1970. - 161с.

33. Маковский Л. Рациональная конструкция тоннельной обделки. (Зарубежный опыт)//Метрострой,1987, №6. с.45-51.

34. Семенов А. Экспериментальная сборная железобетонная обделка наружным диаметром 6 м//Метрострой, 1988, №3, с. 15-24.

35. Мяченков В. Й., Григорьев И. В. Расчет оболочечных конструкций на ЭВМ: Справочник.- М.: Машиностроение, 1981. -216с.

36. Абовский Н. П., Андреев Н. П., Деруга А. П. Вариационные принципы теории упругости и теории оболочек. -М.: Наука. -1978. -288с.

37. Гольденвейзер А. Л. Теория упругих тонких оболочек. -М.: ГТТИ. -1953. -544с.

38. Еднерал В. Ф., Крюков А. П, Родионов А. Я. Язык аналитических вычислений REDUCE. -М.: МГУ. - 1989. -176с.

39. Девенпорт Дж., Сирэ И., Турнье Э. Компьютерная алгебра. -М.: Мир. -1991.-352с.

40. Лурье А. И. Теория упругости. - М.: Наука. -1970. - 243с.

41. Смирнов В. И. Курс высшей математики: т.Ш. ч.2. -М.: Наука. - 1969. -587с.

42. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. -М.: Наука. -1974. - 456с.

43. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука. -1975. -245с.

44. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. -М.: Наука. -1969. -376с.