Формирование напряженного состояния бетонной крепи в процессе проходки шахтного ствола

Автор: Шардаков Игорь Николаевич, Шестаков Алексей Петрович, Глот Ирина Олеговна, Епин Валерий Валерьевич, Гусев Георгий Николаевич, Цветков Роман Валерьевич

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 4 т.15, 2022 года.

Бесплатный доступ

Проходка шахтного ствола является ответственной и дорогостоящей процедурой. В процессе ее выполнения могут возникать аварийные ситуации. Для их предотвращения необходимо достоверно оценивать напряженное состояние крепи ствола на этапе проектирования. Решение этой задачи возможно с помощью методов математического моделирования. Уровень их достоверности зависит от точности описания как технологического процесса проходки, так и механического поведения грунта. Рассмотрены две технологических схемы проходки, в рамках которых формирование крепи ствола осуществляется методом бетонирования. Согласно первой из них бетонирование выполняется до текущего положения дна выработки. Согласно второй бетонирование отстает от выемки грунта на один шаг. Диаметр ствола составляет 10 м, шаг и глубина проходки имеют значения 5 и 1000 м соответственно. Проходка производится в каменной соли. Ее деформирование описывается тремя вариантами физических соотношений, которые позволяют оценить роль деформирования грунта на стадии разгрузки. В работе сделан акцент на значениях нормальных напряжений, возникающих в крепи при проходке. Из полученных результатов сделаны следующие выводы: максимальное растягивающее напряжение крепи, вычисленное для первой схемы проходки, приблизительно в 13 раз превышает аналогичное значение, соответствующее второй схеме; учет упругих характеристик грунта, характерных для стадии разгрузки, изменяет значение максимальных растягивающих напряжений крепи более чем в 2 раза. Проведен анализ возможности образования горизонтальных трещин в крепи в зависимости от схемы проходки и модели деформирования грунта. Из анализа следует, что первое появление трещин в бетоне возможно на глубинах около 40 м при первой схеме и около 450 м при второй.

Еще

Шахтный ствол, моделирование проходки, этапность проходки, разгрузка грунта

Короткий адрес: https://sciup.org/143179348

IDR: 143179348   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2022.15.4.30

Список литературы Формирование напряженного состояния бетонной крепи в процессе проходки шахтного ствола

  • Ольховиков Ю.П. Крепь капитальных выработок калийных и соляных рудников. М.: Недра, 1984. 238 с.
  • Казикаев Д.М., Сергеев С.В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. М.: Горная книга, 2011. 244 с.
  • Сильченко Ю.А., Плешко М.С. О проблеме учета технологии работ при определении параметров крепи вертикальных стволов // ГИАБ. 2020. № 11. С. 96-107. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-11-0-96-107
  • Харисов Т.Ф., Харисова О.Д., Князев Д.Ю. Предотвращение нарушений крепи стволов при строительстве по совмещенной технологической схеме // Известия ТулГУ. Науки о земле. 2018. № 4. С. 264-274.
  • Zhao X., Deng L., Zhou X., Zhao Y., Guo Z. A primary support design for deep shaft construction based on the mechanism of advanced sequential geopressure release // Processes. 2022. Vol. 10. 1376. https://doi.org/10.3390/pr10071376
  • Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс). М.: Высшая школа, 1983. 288 с.
  • Асанов В.А., Жигалкин В.М., Панъков И.Л., Усольцева О.М., Цой П.А., Евсеев А.В. Определение параметров деформирования соляных пород при объемном нагружении // ГИАБ. 2009. № 4. С. 334-342.
  • Тавостин М.Н., Кошелев А.Е., Осипов Ю.В. Исследование физико-механических свойств каменной соли с учетом предварительного всестороннего нагружения // ГИАБ. 2015. № 2. С. 89-96.
  • Бельтюков Н.Л., Евсеев А.В. Сопоставление упругих свойств горных пород // Вестник ПГТУ. Геология, нефтегазовое и горное дело. 2010. Т. 9, № 5. С. 82-85.
  • Teo P.L., Wong K.S. Application of the Hardening Soil model in deep excavation analysis // The IES Journal Part A: Civil & Structural Engineering. 2012. Vol. 5. P. 152-165. https://doi.org/10.1080/19373260.2012.696445
  • Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.
  • Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987. 221 с.
  • Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.
Еще
Статья научная