CC BY
22
© М.К. Молдагожина, 2016
М.К. Молдагожина
САМОХОДНАЯ МАШИНА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И НАНЕСЕНИЯ НАБРЫЗГБЕТОННОЙ СМЕСИ НА ПОВЕРХНОСТЬ ВЫРАБОТКИ
Приведены сведения о новых разработках Казахстанских ученых в области крепления подземных выработок, а также средства возведения различной крепи. Дана анализ уровню механизации процесса крепления горных выработок. С участием автора разработана новая конструкция податливой комбинированной крепи с регулируемой несущей способностью на основе новых средств механи-заций разработанными Казахстанскими учеными. Предложенные технические решения позволяет комплексно механизировать процесс крепления. О средствах транспортировки и установки торкрет смеси, а также предлагается новая конструкция податливой комбинированной крепи с регулируемой несущей способностью. Ключевые слова: торкретбетон, анкер, крепление, проходка горных выработок, горные машины, бурения, шпур, скважин, погрузка, горная порода, верхняк.
При строительстве тоннелей и проходке подземных горных выработок часто применяется торкретбетон. Поскольку выработки проходят минимально возможным сечением, то вопросы транспортировки торкретсмеси в подземных стесненных условиях является весьма трудным вопросом. Решению этой проблемы посвящается данная работа. Проблемы транспортировки и логистики компонентов торкретбетонной крепи является актуальным вопросом современности. Этой проблеме посвящена в частности разработки самоходной машины центробежного торкретирования МЦТ.
При проходке горных выработок и транспортных тоннелей через горные местности применяются высокопроизводительные техники для бурения шпуров и скважин, а также для погрузки отбитой горной массы. А крепления пройденной выработки зачастую осуществляется в ручную. Это происходить и от того, что многие известные конструкций крепей малопри-
УДК 622.28: 622.273.05
годны к процессу механизаций. В этом отношений весьма перспективными является податливые крепи.
При проходке подземных выработок, а также при строительстве тоннелей необходимо крепить пройденное пространство, различными крепями, в том числе «податливыми».
Податливая крепь допускает смещения и деформации за пределами упругих при сохранении своей несущей способности. Величину изменения размеров крепи (по высоте или по ширине выработки) в период податливости называют величиной податливости. Податливость крепи достигается за счет деформации элементов крепи за счет скольжения их в местах соединения элементов. Податливую крепь применяют главным образом в выработках, находящихся в зоне влияния очистных работ.
Известны различные конструкций металлической арочной крепи из спец.профиля (трех и пятизвенные). Их элементов (верхняк и криволинейные стойки) соединяют между собой хомутами и планками. Концы верхняка телескопически входят в стойки. Благодаря такому соединению обеспечивается податливость за счет скольжения верхняка относительно стоек. Величина вертикальной податливости арки составляет 200— 300 мм и зависит от степени затягивания хомутов. При затягивании хомутов до отказа крепь работает как жесткая.
Как правило, металлическая крепь применяется в виде отдельных рам, устанавливаемых в выработке на расстоянии от 0,3 до 1,3 м, а промежутки между рамами в целях безопасности перекрываются межрамными ограждениями, существенно повышающими трудоемкость возведения крепи и сдерживающими механизацию процесса крепления.
Достоинствами арочной податливой крепи являются: конструктивная податливость, что позволяет применять крепь в условиях неустановившегося горного давления; универсальность позволяющая использовать ее в широком диапазоне горно-геологических условий в выработках различного назначения; не высокой стоимости.
Недостатки:
• большое аэродинамическое сопротивление, относительно небольшой срок службы, немеханизированный процесс возведения;
• ограниченная податливость;
• несовершенная конструкция замков;
• большие число деталей;
• плохая приспособленность для работы в выработках на крутых и наклонных пластах;
• необходимость применения для их установки различных грузоподъемных механизмов.
Но самый главный недостаток заключается в том, что они трудно поддаются механизации. Поэтому фактору применение традиционной арочной металлической крепи бесперспективно.
К такому выводу пришли Х.И. Абромсон и Я.Б. Кальниц-кий, заметив, что в горнорудной и угольной промышленности осуществляются бесперспективные попытки создать комплексы оборудования, оснащенные крепеустановщиками, в то время как опыт отчетливо свидетельствует, что арочная крепь изжила себя. Таким образом, идет своеобразное приспособление новейшего оборудования к заведомо неудачной технологии [1].
После установки крепи деформация вскрытой породы протекает в пределах деформации крепи, т.е. вскрытые породы и крепь работают совместно. Податливая крепь, «уходя» из-под нагрузки, не препятствует развитию области пониженных напряжений и воспринимает сравнительно меньшую нагрузку.
Рис. 1. Трубчатый гидрораспорный анкер (ТГА)
Рис. 2. Машина центробежного торкретирования
В зоне пониженных напряжений породы, перетерпевает значительные деформации и разрушается.
Самые интенсивные сдвижения и давления горных пород имеют место на участке тоннеля (выработки) в 5—20 м от очистного забоя в сторону выработанного пространства. По мере удаления очистного забоя от этого участка выработки, породы постепенно приходят в состояние покоя.
Податливую крепь применяют в выработках со сроком службы более 1 года.
Существующие податливые крепи малопригодные механизацию и сдерживает роста производительности проходческих работ в целом. Поэтому вопросы механизаций процесса установки таких крепей является весьма актуальным.
В Казахстане разработаны трубчатые гидрораспорные анкера (ТГА) (рис. 1) типа анкеров «Свеллекс» (Атлас-Копка) и машина центробежного торкретирования МЦТ, (рис. 2) что позволяет получить новый податливый крепь с регулируемой несущей способностью (рис. 3).
ТГА представляет собой: деформированную трубу, у которого один конец герметично загнуто на 180° наружную сторону горячей штамповкой. Второй конец оставлен открытой, цилиндрической формы без деформаций, куда подсоединяется установочный патрон для подачи воды высоким давлением, а также упирается опорная плита. После введения анкера в шпур во внутреннюю полость деформированной трубы через установочный патрон подают воду под высоким давлением (25—30 МПа), бла-
Вил А
Рис. 3. Схема выработки с комбинированной податливой крепью
годаря чему труба расширяется. Преимуществом таких анкеров является то, что они податливые, т.е. после того как тронется с места, анкер продолжает работать. При этом можно регулировать несущую способность анкера меняя установочное давление воды [2].
Машина центробежного торкретирование (МЦТ) предназначена для доставки (на расстояние менее 1 км), приготовления и нанесения жесткой бетонной смеси на поверхность горных выработок высотой до 6 м при подземном способе разработки месторождений полезных ископаемых, а также при строительстве тоннелей и специальных сооружений с целью упрочнения при контурного слоя горных выработок.
Применение машины МЦТ вместе существующих в настоящее время переносных установок и установок на рельсом ходу обеспечить значительное повышение производительности труда при креплении выработок, повысит прочности крепи и позволяет механизировать процесс подготовки смеси и нанесения торкретбетона, а также дает экономию вяжущего материала. Но главным преимуществом является то, что машина за один проход может нанести слой бетона до 200 мм на вертикальные стены (по существу без опалубочное бетонирование). Эту свойству машины используем для получения новой конструкций податливой крепи [3].
Предлагаемая нами крепь устраняет многих из перечисленных выше недостатков. Такую крепь с регулируемой податливостью можно создать, благодаря разработанным нами ТГА и
машине центробежного торкретирования МЦТ. Возведение такой крепи осуществляется в следующем порядке устанавливается трубчатые гидрораспорные анкеры, на них крепятся нужной конфигураций арматура и на них машиной МЦТ наносится торкретбетон, создавая тем самым железобетонную арку. При этом арка, не доходить до почвы выработки на расстояния (к) равной величине интенсивного смещения горных пород. В период интенсивного смещения пород работает только ТГА. Поскольку он является податливым, будет работать и после сдвига с места в шпуре (срыва), сохраняя определенное сопротивление дальнейшему смещению.
При этом, величину сопротивление (несущей способности) ТГА можно регулировать, т.е. она прямо пропорциональна установочному давлению воды.
Р = 9,8-N-¡Тр, (1)
где F —несущая способность ТГА; N — реакция со стороны породы; ^р — коэффициент трения материала анкера по породе.
Нами получена и экспериментально подтверждена формула для определения реакции породы к ТГА.
N = п- к -р-Рм ■ йш ■ 13, (2)
где К = — коэффициент, учитывающий контактную по-
лТр
верхность анкера со шпуром (здесь dш —диаметр шпура, dтр — диаметр трубы из которой сделан анкер);
Ц =
^прод
— коэффициент Пуассона (поперечного сжатия —
представляющий собой отношении абсолютных значений поперечной деформации к продольной при одноосном напряженном состояний); РМ — манометрическое давление жидкости (воды) внутри анкера при установки; 1з — длина замковой части анкера [4].
Таким образом, несущую способность ТГА можно определить по формуле
Р = 9,8-Т - п-к-ц-Рм - 4 -13,Н (3)
Анализ данной формулы показывает, что при постоянных конструктивных параметрах меняя РМ можно регулировать несущую способность ТГА от нуля до максимальной величины ^ ).
4 тях7
у
поп
Предлагаемая крепь работает следующим образом. В период интенсивного смещения пород работает только ТГА с заданной несущей способностью, а к концу этого периода железобетонная арка, подвешенная к ТГА упирается на почву выработки и далее включается в работу. Железобетонная арка, принимая на себя часть нагрузки и сохраняет выработку от разрушения, а ТГА также продолжает свою работу.
Также можно подобрать необходимую несущую способность железобетонной арки, меняя площади поперечного сечения ее, т.е. меняя момент сопротивления арочной крепи. Между арками можно нанести тонкий слой торкретбетона, можно усилить сетками и т.д.
К преимуществу такой крепи можно отнести и то, что их можно возводить на месте их установки, не привлекая дополнительных машин и механизмов для сборки арочной крепи (краны, лебедки, полки и т.д.) и транспортных средств для доставки в забой элементов металлической арки [5].
Все машины для установки такой крепи разработаны, а также испытаны опытные образцы ТГА и рекомендованы к серий. В частности машина МКА может пробурить и установить ТГА, а машина МЦТ — нанести слой торкретбетона. Благодаря им вес процесс возведения податливой крепи максимально механизируется. Это и есть главное преимущество предлагаемой крепи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамсон Х.И., Камницкий Я.Б. Резервы повышения эффективности горнопроходческих работ // Горный журнал. — 1986. — № 2. — С. 47.
2. Заславский Ю.З., Киндур В.П., Лопухин Е.Н. и др. Бетонная крепь. Технология и механизация ее возведения. — Донецк, 1973.
3. Искаков Г.Б. Усовершенствование механизации торкретирования горных выработок. Сборник научных трудов КазНТУ. — Алматы: КазНТУ, 2003.
4. Искаков Б.И., Молдагожина М.К. Податливые крепи и механизация их возведения. Сборник материалов ММПК. — Алматы: КазНТУ, 2011.
5. Искаков Б.И., Молдагожина М.К. Проблемы механизаций крепления горных выроботок. Сборник материалов ММПК. — Алматы: КазНТУ, 2011. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Молдагожина Маржан Куанышбековна — магистр, докторант,
e-mail: [email protected],
КазНТУ им. К.И. Сатпаева, Казахстан.
M.K. Moldagozhina
SELF-PROPELLED MACHINE FOR TRANSPORTATION AND APPLICATION OF SHOTCRETE MIXTURE ON THE MINE WORKING SURFACE
The article provides the information about the Kazakh scientists' new developments in the field of mine working lining, as well as various means of lining. There is an analysis of a mechanization level of a mine working lining as well. A new design of a combined yielding lining with adjustable load-bearing strength based on new means of mechanization has been developed by the Kazakh scientists with the participation of the author. The proposed engineering solution enables to make complex mechanization of the lining process.
The article gives us some information on the means of transportation and application of shotcrete mixture, and proposes a new design of a combined yielding lining with adjustable load-bearing strength.
Key words: shotcrete, anchor, lining, excavation, mining machinery, drilling, shot hole, wells, loading, rock, beam.
AUTHOR
Moldagozhina M.K., Master, Doctoral, e-mail: [email protected],
Kazakh National Technical University named after K.I. Satpayev, 050013, Almaty, Kazakhstan.
REFERENCES
1. Abramson Kh.I., Kamnitskiy Ya.B. Gornyy zhurnal. 1986, no 2, pp. 47.
2. Zaslavskiy Yu.Z., Kindur V.P., Lopukhin E.N. Betonnaya krep'. Tekhnologiya i me-khanizatsiya ee vozvedeniya (Concrete lining. Technology and mechanization of its construction), Donetsk, 1973.
3. Iskakov G.B. Usovershenstvovanie mekhanizatsii torkretirovaniya gornykh vyrabotok. Sbornik nauchnykh trudov KazNTU (Improvement of mining shotcrete mechanization. Collection of research papers KazNTU), Almaty, KazNTU, 2003.
4. Iskakov B.I., Moldagozhina M.K. Podatlivye krepi i mekhanizatsiya ikh vozvedeniya. Sbornik materialov MMPK (Yielding linings and mechanization of their construction. Collection of MMPK materials), Almaty, KazNTU, 2011.
5. Iskakov B.I., Moldagozhina M.K. Problemy mekhanizatsiy krepleniya gornykh vyro-botok. Sbornik materialov MMPK (Problems of mechanization of mining working lining. Collection of MMPK materials), Almaty, KazNTU, 2011.
A_
UDC 622.28: 622.273.05
