Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Обоснование и расчет монолитной бетонной крепи стволов с учетом твердения бетона в тектоническом поле начальных напряжений

Диссертация: Обоснование и расчет монолитной бетонной крепи стволов с учетом твердения бетона в тектоническом поле начальных напряжений
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Вертикальные стволы являются уникальными инженерными сооружениями по масштабу и сложности решаемых технических задач в период строительства и эксплуатации подземных коммуникаций. При строительстве и реконструкции горных предприятий выполняются значительные объемы строительно-монтажных работ на поверхности шахт и по сооружению капитальных горных выработок. Наиболее сложными и трудоемкими являются… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

Обоснование и расчет монолитной бетонной крепи стволов с учетом твердения бетона в тектоническом поле начальных напряжений (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Вертикальные стволы являются уникальными инженерными сооружениями по масштабу и сложности решаемых технических задач в период строительства и эксплуатации подземных коммуникаций. При строительстве и реконструкции горных предприятий выполняются значительные объемы строительно-монтажных работ на поверхности шахт и по сооружению капитальных горных выработок. Наиболее сложными и трудоемкими являются работы по сооружению вертикальных стволов, на долю которых приходится 20−25% стоимости и 30−50% общей продолжительности строительства.

Особенно резко возрастают затраты при сооружении стволов в сложных горно-геологических условиях, характеризующихся наличием трещиноватых, слабых и обводненных пород, большой глубиной, тектоническим полем напряжений в массиве. В этом случае к конструкции крепи ствола и технологии работ предъявляются специфические требования. Выбор конструкции крепи и правильный ее засчет являются основными факторами, обеспечивающими безремонтное поддержание ствола в течение проектного срока эксплуатации, бесперебойное его функционирование, а также всего подземного предприятия.

В связи с тем, что в последние годы наблюдается спад производства в промышленности, строительство подземных сооружений, а также средства, выделяемые на него, резко сократились. Исходя из этого, в последние годы при сооружении вертикальных стволов в сложных горногеологических условиях на первый план, наряду с жесткими требованиями к надежности и долговечности конструкции, выходит проблема экономии и рентабельности строительного производства. Так как стоимость крепления составляет более 50% стоимости сооружения всего ствола, поэтому, в настоящее время выбор экономичного и надежного типа крепи является одной из главных задач механики подземных сооружений.

В основном при проходке стволов в обычных условиях получила распространение монолитная бетонная крепь из быстротвердеющего бетона при совмещенном способе проходки.

Тем не менее, при сооружении глубоких стволов в тектоническом поле начальных напряжений несущей способности обычной однослойной бетонной крепи, как правило, оказывается недостаточно. В следствии этого, шахтостроители переходят на более дорогостоящие виды крепи (железобетонные блоки, чугунные тюбинги), что приводит к резкому удорожанию строительства. Поэтому решение проблемы увеличения несущей способности монолитной бетонной крепи представляется в настоящее время актуальным и позволит существенно расширить область ее применения.

Цель данной диссертационной работы заключается в разработке метода расчета монолитной бетонной крепи ствола с учетом подвигания забоя и изменения деформационных характеристик бетона крепи на ранней стадии его твердения, в том числе в тектоническом поле начальных напряжений, что обеспечивает расширение области применения монолитной бетонной крепи в сложных горно-геологических условиях.

При постановке и решении задач в данной работе учитывались изменения деформационных и прочностных характеристик бетона на ранней стадии твердения при подвигании забоя и их влияния на напряженное состояние и несущую способность крепи ствола.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработана математическая модель и метод расчета однослойной монолитной бетонной крепи ствола в гравитационном и тектоническом поле начальных напряжений с учетом совместного влияния подвигания забоя и изменения деформационных характеристик бетона крепи на ранней стадии его твердения;

— разработана математическая модель напряженно — деформированного состояния и метод расчета двухслойной монолитной бетонной крепи ствола в тектоническом поле начальных напряжений с разновременным возведением слоев с учетом подвигания забоя и изменения деформационных характеристик бетона крепи на ранней стадии его твердения, при значительном удалении рассматриваемого участка крепи от забоя.

— установлено влияние твердения бетона в раннем возрасте на напряженное состояние и несущую способность крепи в зависимости от отношения главных начальных напряжений в массиве, толщины крепи и модуля деформации пород.

— установлено, что в неравнокомпонентном поле начальных напряжений растягивающие напряжения в слоях крепи в процессе твердения бетона меняют знак (переходят в сжимающие напряжения).

— проблема обеспечения надежности монолитной бетонной крепи в тектоническом поле начальных напряжений может быть решена применением двухслойной крепи.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением апробированной математической модели монолитной бетонной крепи выработок круглого сечения, достоверность которой установлена.

Практическое значение работы заключается в разработке метода, алгоритма и пакета компьютерных программ для IBM совместимых компьютеров, реализующих расчет монолитной бетонной крепи ствола для вертикальных выработок круглого сечения в тектоническом поле начальных напряжений.

Результаты диссертационных исследований приняты к внедрению ОАО «Тулауголь» .

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Копылов С. И., Костенко Ю. А. Расчет крепи стволов в тектоническом поле начальных напряжений при различных видах контактов между крепью и породой/Механика подземных сооружений.-Тула, 1998. С.54−57.

2. Костенко Ю. А., Копылов С. И., Козьменко В. И. Обоснование метода расчета и технологии возведения двухслойной крепи ствола в тектоническом поле начальных напряжений//Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Центрального региона РФ/Тез. докл. 1-я региональная конф. — Тула, 1998. — С. 76−77.

3. Костенко Ю. А., Копылов С. И., Козьменко В. И. Расчет двухслойной крепи ствола в тектоническом поле начальных напряжений//Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Центрального региона РФ/Тез. докл. 1-я региональная конф. — Тула, 1998. — 44−45.

4. Савин И. И., Костенко Ю. А. Обоснование параметров двухслойной крепи стволов на основе обработки результатов натурных измере-ний//Механика подземных сооружений. — Тула, 1998. — С.39−45.

Основные результаты работы и выводы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель и метод расчета однослойной монолитной бетонной крепи ствола в гравитационном и тектоническом поле начальных напряжений с учетом совместного влияния подвигания забоя и изменения деформационных характеристик бетона крепи на ранней стадии его твердения.

2. Разработана математическая модель напряженно деформированного состояния и метод расчета двухслойной монолитной бетонной крепи ствола в тектоническом поле начальных напряжений с разновременным возведением слоев с учетом подвигания забоя и изменения деформационных характеристик бетона крепи на ранней стадии его твердения, при значительном удалении рассматриваемого участка крепи от забоя.

3. Установлено влияние твердения бетона в раннем возрасте на напряженное состояние и несущую способность крепи в зависимости от отношения главных начальных напряжений в массиве, толщины крепи и модуля деформации пород.

4. Установлено, что в неравнокомпонентном поле начальных напряжений растягивающие напряжения в слоях крепи в процессе твердения бетона меняют знак (переходят в сжимающие напряжения).

5. Проблема обеспечения надежности монолитной бетонной крепи в тектоническом поле начальных напряжений может быть решена применением двухслойной крепи.

Анализ работы монолитной бетонной крепи в гравитационном и тектоническом поле начальных напряжений позволил установить, что при расчете нормальных тангенциальных напряжений необходимо учитывать совместное влияние подвигания забоя ствола, деформационных характеристик пород и изменения деформационных характеристик бетона на ранней стадии его твердения, что обеспечивает расширение области применения монолитной бетонной крепи в сложных горно-геологических условиях, повышение ее несущей способности и позволяет более рационально использовать материал крепи.

Разработанные математические модели имеют существенное значение для развития научной теории расчета крепи и решения важной практической задачи повышения несущей способности монолитной бетонной крепи вертикальных стволов, сооружаемых в сложных горно-геологических условиях.

Результаты диссертационных исследований приняты к внедрению АО «Тулауголь» .

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Копылов С. И., Костенко Ю. А. Расчет крепи стволов в тектоническом поле начальных напряжений при различных видах контактов между крепью и породой//Механика подземных сооружений.-Тула, 1998, — С.54−57.

2. Костенко Ю. А., Копылов С. И., Козьменко В. И. Обоснование метода расчета и технологии возведения двухслойной крепи ствола в тектоническом поле начальных напряжений/ЛГроблемы разработки месторождений полезных ископаемых Центрального региона РФ/Тез. докл. 1-я региональная конф. — Тула, 1998. — С. 76−77.

3. Костенко Ю. А., Копылов С. И., Козьменко В. И. Расчет двухслойной крепи ствола в тектоническом поле начальных напряжений//Проблемы разработки месторождений полезных ископаемых Центрального региона РФ/Тез. докл. 1-я региональная конф. — Тула, 1998. — 44−45.

4. Савин И. И., Костенко Ю. А. Обоснование параметров двухслойной крепи стволов на основе обработки результатов натурных измерений/Механика подземных сооружений. — Тула, 1998. — С.39−45.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Представленная диссертационная работа является научной квалификационной работой, в которой содержится новое решение задачи разработки математической модели и метода расчета монолитной бетонной крепи ствола в гравитационном и тектоническом поле начальных напряжений с учетом подвигания забоя ствола и изменения деформационных характеристик бетона в раннем возрасте, что имеет существенное значение для шахтного строительства.

Показать весь текст

Список литературы

  1. .З., Линьков Л. М. Об использовании метода переменных модулей для решения одного класса задач линейной наследственной ползучести//Известия АН СССР. Механика твердого тела.-1974.-N 6.-С. 162−166.
  2. И.В., Борисов В. Н. Конструкция и расчет обделок крепей. М.: МГИ, 1977. — 92 с.
  3. И.В., Картозия Б. А. Оценка устойчивости горных зыработок. //Шахтное строительство, 1978. N 2.- С. 13−16.
  4. И.В., Картозия Б. А. Механика подземных сооружений и конструкции крепей.-2-е изд.- М.: Недра, 1992.- 543 с.
  5. И.В., Тимофеев О. В. Конструкции и расчет крепей и эбделок. М.: Недра, 1979. — 269 с.
  6. Н.И. Основы теории упругости, пластичности и толзучести.-М.: Высшая школа, 1961.- 420 с.
  7. Ф.А. Напряжения вокруг круглого ствола шахты фи упруго-пластических породах//Известия АН CCCP.-1950.-N 6, — С. 52−157.
  8. Ф.А. Расчет крепи стволов шахты на больших глубинах в условиях Донецкого бассейна//Разработка угольных место-юждений на больших глубинах.-М.: Углетехиздат, 1955, — С. 118
  9. В.И. Давление горных пород на стенки вертикальных шахт//Тр. ин-та/ДИИ.1940. Вып. 7. С. 15−18.
  10. В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды.-М.: Госиздат, 1952. 38 с.
  11. В.А., Безродный К. П. Строительство тоннелей Байкало-Амурской железнодорожной магистрали//Подземное и шахтное строительство.-1991.-N 3.- С. 17−20.
  12. В.М., Суворкин Д. Г. Железобетонные и каменные конструкции. -М.: Высшая школа, 1987. 384 с.
  13. A.A. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980. — 360 с.
  14. М.П. Новая теория давления пород на подземную крепь.-М.: Горногеол. изд., 1933.- 98 с.
  15. Н.С. Механика подземных сооружений.-М.: Недра, 1994.-382 с.
  16. Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах.-М.: Недра, 1989.-270 с.
  17. Н.С. О новых методах расчета крепи капитальных горных выработок/ЯПахтное строительство.-1985.-N2.-С. 7−8.
  18. Н.С., Абрамсон Л. И. Крепь вертикальных стволов шахт.-М.: Недра, 1978.-301 с.
  19. Н.С., Оловянный А. Г. Расчет двухслойной крепи выработок круглого сечения при неравномерной нагрузке//Исследов. проявлений горн, давления на глуб. горизонтах шахт.-М., 1971. С. 132 138.
  20. Н.С., Амусин Б. З., Оловянный А. Г. Расчет крепи капитальных горных выработок.-М.: Недра, 1974.-320 с.
  21. Н.С., Фотиева H.H., Стрельцов Е. В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок.-М.: Недра, 1986.-288 с.
  22. П.И., Пиньковский Г. С. Крепление стволов шахт с передвижных опалубок. М.: Госгортехиздат, 1962. -302 с.
  23. М.Н., Каретников В. Н. Справочник по креплению капитальных и подготовительных горных выработок. М.: Недра, 1982.-480 с.
  24. .В. Курс теории вероятности. -М.: Высшая школа, 1972.- 408 с.
  25. С.С. Расчет и проектирование подземных кон-струкций.-М.: Стройиздат, 1950. 376 с.
  26. Д. Толщина шахтных тюбингов//Горный журнал.-1929.-N П.-С. 37−45.
  27. А.Н. Давление горных пород и расчет крепи вертикальной шахты //Инженерный работник. 1966. — N 1. — С. 23−27.
  28. А.Н. Статьи по горному делу.-М.: Углетехиздат, 1957. 120 с.
  29. .С. Теория ползучести горных пород и ее прило-жения.-Алма-Ата: Наука, 1964.-173 с.
  30. Л.М., Мирошникова JI.A. Повышение надежности крепи горных выработок. М.: Недра, 1988. — 245 с.
  31. Ю.З. Крепление вертикальных стволов шахт монолитным бетоном.-Киев: Гостехиздат, 1973.-152 с.
  32. Ю.З., Мостков В. М. Крепление подземных сооружений. М.: Недра, 1979. — 325 с.
  33. Заславский Ю. З, Исследование проявлений горного давления в капитальных выработках шахт Донецкого бассейна. М.: Недра, 1966. — 180 с.
  34. В.Н., Клейменов В. Б., Нуждихин А. Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок/Справочник. 35. Катцан Г. Язык Фортран 77. Пер. с англ. — М.: Мир, 1982.-208 с.
  35. И.Н. Механика горных пород. М.: Недра, 1981.161 с.
  36. A.M., Борисовец В. А., Репко A.A. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов.-М.: Недра, 1976. -293 с.
  37. A.M. Выбор и проектирование крепи вертикальных шахтных стволов//Шахтное строительство.-1988.-N 1.-С. 16−19.
  38. A.M. Нагруженность и расчет крепи вертикальногоствола в обводненных породах/ЛПахтное строительство.-1990.-N 1.-С. 16−19.
  39. A.M. Перспективы применения бетонной крепи в глубоких стволах шахт//Подземное и шахтное строительство.-1991.- N 6.-С. 11−14.
  40. A.M., Дробышев В. Ф. Взаимодействие крепи вертикальных стволов в сложных условиях//Горная reo механика: Сб. научных трудов.-Л.: ВНИМИ, 1988.-С. 34−39.
  41. A.M., Хусид М. Б. К вопросу расчета крепи вертикальных шахтных стволов. В кн.: Труды ВНИМИ. Сб. 78.- Л.: ВНИМИ, 1970,-С. 332−352.
  42. И.Г. Новые материалы и конструкции крепи горных выработок. -М.: Недра, 1987. 196 с.
  43. Кошелев К. В, Трумбачев В. Ф. Повышение устойчивости капитальных горных выработок на больших глубинах. М.: Недра,
  44. К расчету многослойной комбинированной крепи ство-лов//Тюрин K.M., Сычев A.C., Прагер В. А. и др./В кн.: Труды ВНИИОМШС. Вып. 16. М.: Недра, 1965. С.39−48.
  45. Г. А., Булычев Н. С., Козел A.M. и др. Взаимодействие массивов горных пород с крепью вертикальных выработок.
  46. А. Давление горных пород в угольных шах-тах//Вопросы теории горного давления.-М.: Госгортехиздат, 1961.-С.59. 164.
  47. Ю.М. Давление на крепь капитальных выработок.- М.: Наука, 1969. 119 с.
  48. Ю.М., Калачева Т. А. Аппроксимация экспериментальных кривых деформирования во времени горных пород и материалов с затухающей ползучестью//Физико-тех. пробл. разработки по-лезн. ископ, — 1980.- N 1.- С. 3−9.
  49. О.Н., Меркин В. Е., Власов С. Н. Строительство транспортных тоннелей//Подземное и шахтное строительство.-1991.- N 11.-С. 2−6.
  50. А.П. Горное давление и крепь выработок. М.: Наука, 1973. — 288 с.
  51. А.П. О величине горного давления на крепь шахтного ствола и о толщине крепи//Шахтное строительство.-1958,-N7.-C. 16−18.
  52. Э.О., Тюркян P.A., Бровман Я. В. и др. Техника и технология проходки вертикальных стволов шахт. -М.: Недра, 1970. -312с.
  53. Г. А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива.-Л.: Наука, 1977.-189 с.
  54. Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости.-М.: Наука, 1966.-708 с.
  55. И.Д., Федюкин В. А., Шуплик М. Н. Технология строительства подземных сооружений/Учебник для вузов в 3-х частях.-М.: Недра, 1983.
  56. И.Д., Шуплик М. Н. Закономерности формирования ледопородных ограждений при сооружении стволов шахт.-М.: Недра, 1976.-209 с.
  57. Ю.А. О горном давлении, проектирования высоты звена временной и постоянной крепи вертикальных стволов шахт в горно-геологических условиях Донбасса: Дис. канд. тех. наук.-Донецк, 1958.-123 с.
  58. Н.М. Технология строительства подземных сооружений и шахт. М.: Недра, 1977. — 400 с.
  59. Н.М. О толщине крепи стволов вертикальных шахт//Уголь.-1947.-N 5.-С. 12−13.
  60. М.М. Давление горных пород и рудничное крепление//Давление горных пород/ГОНТИ.-М., 1931.-Гл. 1.-С. 117 140.
  61. А.Г., Козел A.M., Борисовец В. А. Расчет нагрузок на крепь глубоких стволов, сооружаемых в сложных горногеологических условиях//Шахтное строительство.- 1984.-N 6,-С.13−15.
  62. Расчет многослойной крепи (обделок) с использованием программы РК2//Методические указанияю/ТулПИ.-Тула, 1991.-16 с.
  63. Рекомендации по проектированию и строительству тоннелей с применением арочно-бетонной крепи, учитываемой в составе постоянной обделки/ Всес. научно-иссл. ин-т транспорт, стр-ва.- М: 1992.-51с.
  64. И.В. К вопросу о решении задач гравитационного давления горных массивов на крепи подземных выработок//ДАН СССР. 1951. Т.28. N3. С. 121−132.
  65. И. В. Снимаемая нагрузка и горное давле-ние//Исследования горного давления.-М.: Госгортехиздат, 1960.-С. 343 374.
  66. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи / ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. М.:Стройиздат, 1983. — 272 с.
  67. К.В. Некоторые вопросы механики горных по-род.-М.: Углетехиздат, 1960. 260 с.
  68. К.В., Либерман Ю. М. Введение в механику горных пород.-М.: Госгортехиздат, 1960. 200 с.
  69. К.В., Либерман Ю. М., Литвиненко В. В., Песляк Ю. М. Рачет крепи шахтных стволов. М.: АН СССР, 1962. — 120 с.
  70. Г. Н. Концентрация напряжений около отверстий. -М.-Л: ГИТЛ, 1951. 110 с.
  71. М.Б. Крепление вертикальных стволов шахт. М.: Госгортехиздат, 1962. 252 с.
  72. Г. М. Расчеты обсадных труб и колонн. -М.:Госгортехиздат, 1961. 244 с.
  73. К.В. Железобетонные конструкции. М.: Гос-стройиздат, 1959. — 839 с.
  74. СНиП 2.01.07−85. Нагрузки и воздействия. -М.: Стройиздат, 1987.
  75. СНиП 2.03.04−84. Бетонные и железобетонные конструкции. -М.: Стройиздат, 1985.
  76. Справочник по специальным функциям/Под ред. Абрамовича М., Стиган И. Пер. с англ. М.: Наука, 1979. — 832 с.
  77. A.C. Горное давление и крепь вертикальных стволов.-М.: Горгостехиздат, 1963. 194 с.
  78. Строительство горных выработок в сложных горногеологических условиях: Справочник/Б.А. Картозия, В. А. Пшеничный, И. Г. Косков и др.- под ред. Б. А. Картозия.-М.: Недра, 1992.-320 с.
  79. Строительство стволов шахт и рудников: Справочник/Под ред. О. С. Докукина и Н. С. Болотских.-М.: Недра, 1991.-516 с.
  80. Строительство подземных сооружений: Справочное посо-бие/М.Н. Шуплик, Я. М. Мехидзе, И. О. Королев и др.- Под ред.
  81. Г И ТТТ/тттттдхг'Я /Г • Натттло ШОП -IQ/1 п
  82. Л. V Д. • JL. Л- • IJ. JJL1XJ.VW. 14. 1. i У У V. w" У ^ V/,
  83. К. Теория механики грунтов.-М.: Госстройиздат, 1961.-306 с.
  84. И.И. и др. Расчет железобетонных конструкций с учетом длительных процессов.-М.: Госстройиздат, i960.- 180 с.
  85. Р. Исследование горного давления//Вопросы теории горного давления.-М.: Госгортехиздат, 1961.-С.26−53.
  86. H.H. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения.-М.: Стройиздат, 1974.-240 с.
  87. H.H. Расчет крепи подземных сооружений в сейсмически активных районах.-М.: Недра, 1980.-222 с.
  88. H.H., Козлов А. Н. Расчет крепи параллельных выработок в сейсмических районах. -М.: Недра, 1992. -240 с.
  89. П.М. О величине горного давления в вертикальной выработке//Горный журнал,-1933.-N9.-С. 27−35.
  90. Chudek М. Obudowa kombinovana wyrobisk pionowysh//Przeghad Gornjczy.-1961.-T. 17.-Nr. 12.-P. 23−27.
  91. Denoel L. Les Cuvelages. Ed. Dunon, Parjs, 1935.
  92. Domke O. Uber dje Beanspruchungen der Frostvauer bejm Schachtabteufen nacy dem Gefrjerverfahren//Gluckauf.-1915.-Nr 47.
  93. Farber F. Die Bedeutung des Eisebetons fur den Schachtausbau//Glukauf.-1909.-Bd. 45.-Nr. 11.-S. 366−369.
  94. Link H. Uber die Verbund Wirkung in
  95. Schachtauskleidungen//Gluckauf.-1954.-Bd. 90.-Nr. 23/24.-S. 581−590.
  96. Link H. Uber die Bemessung des Schachtausbaus und seine Beanspruchung durch Abbauwirkungen bei Verwendung von Stahltubbingen//Bergbau Archiv.-1955.-Bd. 16.-Nr. l.-S. 1−23.
  97. Mohr F. Determining sinkling method and shaft support from exploratory boreholes//Mine and Quarry Engineering.-1962.-Vol. 28.-Nr.6.-P. 258−265.
  98. Wansleben F. Zur Berechnung des Schachtausbaus//Gluckauf.-1953.-Bd. 89.-Nr. 49/50.-S. 1229/32.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!