О проблеме учета технологии работ при определении параметров крепи вертикальных стволов

Рассмотрен алгоритм решения задачи механики подземных сооружений по определению напряжений в крепи ствола, пройденного по параллельной технологической схеме. В качестве расчетного инструмента использован программный комплекс MIDAS GTS NX, позволяющий реализовать стадийный расчет с учетом истории строительства объекта. Первоначально выделяется начальная стадия расчета. Включаются все элементы разрабатываемого массива и отключаются элементы крепи. Задается режим обнуления вертикальных деформаций модели. Включаются заделки граней, нагрузка от собственного веса и компоненты тектонического поля напряжений. Таким образом, моделируется начальное состояние массива, то есть состояние до начала проходки участка. Далее моделируется поэтапный процесс разработки забоя ствола заходками по 4,0 м и включение элементов временной и постоянной крепи в работу. Анкеры включаются в работу на втором шаге, набрызгбетоная крепь — с отставанием на две заходки, постоянная — с отставанием на семь заходок от забоя. Всего реализуется 22 шага расчета, при этом последний позволяет получить модель с пройденным и закрепленным участком ствола. Оценка корректности результатов выполнена путем сравнения результатов моделирования с аналитическим решением и экспериментальными данными мониторинга ствола. Получена высокая сходимость значений напряжений с аналитическими и экспериментальными данными для передовой набрызгбетонной крепи и с аналитическими данными для основной бетонной крепи. Для формирования окончательных выводов необходимо выполнять мониторинг ствола на протяжении 3—5 лет после завершения строительства.

Сильченко Ю. А., Плешко М. С. О проблеме учета технологии работ при определении параметров крепи вертикальных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 11. – С. 96–107. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-096-107.

Сильченко Юрий Александрович — канд. техн. наук, заместитель начальника Отдела экспертизы промышленной, ядерной и радиационной безопасности, ФАУ «Главгосэкспертиза России», e-mail: yu.silchenko@gge.ru
Плешко Михаил Степанович — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: mixail-stepan@mail.ru, НИТУ «МИСиС».

Плешко М.С., e-mail: mixail-stepan@mail.ru.

1. Баклашов И. В. Геомеханика: Учебник для вузов. В 2 т. Т. 1. Основы геомеханики. — М.: Изд-во МГГУ, 2004. — 208 с.

2. Булычев Н. С. — Механика подземных сооружений в примерах и задачах. — М.: Недра, 1989. — 272 с.

3. Erdoğan Güler A methodology for lining design of circular mine shafts in different rock masses. 2013. 72 p. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12615662/index.pdf.

4. Казикаев Д. М., Сергеев С. В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. — М.: Изд-во «Горная книга», 2011. — 244 с.

5. Савин И. И., Свиридкин В. А., Лукашин С. Б. Метод обработки результатов измерения разнотипных компонентов напряженно-деформированного состояния крепи горных выработок // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2012. — № 1. — С. 171—177.

6. Саммаль А. С., Сергеев С. В., Анциферов С. В., Деев П. В. Определение области применения бетонной крепи стволов в зонах тектонических нарушений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2018. — № 4. — С. 317—326.

7. Анциферов С. В., Саммаль А. С., Деев П. В. Оценка напряженно-деформированного состояния многослойной крепи вертикального ствола с учетом отклонений форм поперечных сечений от проектных // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2017. — Т. 4. — № 2. — С. 19—25.

8. Харисов Т. Ф., Антонов В. А. Обеспечение устойчивости крепи в процессе строительства вертикальных стволов // Проблемы недропользования. — 2014. — № 1 (1). — С. 65—69.

9. Харисов Т. Ф. Предотвращение нарушений крепи стволов при строительстве по совмещенной технологической схеме // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. — 2018. — № 4. — С. 264—274.

10. Сергеев С. В., Воробьев Е. Д., Фролов Н. В. Обследование ствола шахты, эксплуатируемого в сложных инженерно-геологических условиях // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2017. — № 2. — С. 63—67.

11. Сергеев С. В., Воробьев Е. Д. Информационно-измерительная система мониторинга напряженно-деформированного состояния несущих строительных конструкций и элементов // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. — 2017. — № 25 (274). — С. 116—122.

12. Масленников С. А. К вопросу о проектировании крепи вертикальных стволов в сложных горногеологических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 6. — С. 50—55.

13. Сентябов С. В. Мониторинг напряженно-деформированного состояния бетонной крепи стволов на Гайском месторождении // Проблемы недропользования. — 2017. — № 2(13). — С. 119—126.

14. Сентябов С. В. Исследование и прогноз изменения напряженно-деформированного состояния крепи шахтных стволов на Гайском руднике // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 10. — С. 79—85. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-100-79-85.

15. Насонов А. А. Эффективные геотехнологии сооружения сверхглубоких вертикальных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 1. — С. 26—33. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-1-0-26-33.

16. Прокопов А. Ю., Прокопова М. В., Ткачева К. Э. Обоснование параметров блочной крепи зумпфов углубляемых вертикальных стволов // Научное обозрение. — 2014. — № 11—3. — С. 768—772.

17. Иголка Д. А. Возможности использования трехмерного моделирования методом конечных элементов при проектировании вертикальных шахтных стволов // Горная механика и машиностроение. — 2012. — № 1. — С. 40—46.

18. Кологривко А. А., Иголка Д. А., Лукша Е. М. Исследование материалов крепи шахтных стволов // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F: Строительство. Прикладные науки. — 2016. — № 8. — С. 38—42.

19. Walton G., Kim E., Sinha S., Sturgis G., Berberick D. Investigation of shaft stability and anisotropic deformation in a deep shaft in Idaho, United States // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018. Vol. 105. Pp. 160—171. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2018.03.017.

20. Zhou Y.-C., Liu J.-H., Huang S., Yang H.-T., Ji H.-G. Performance change of shaft lining concrete under simulated coastal ultra-deep mine environments // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 230. Article 116909. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.116909.

21. Jendryś M. Analysis of stress state in mine shaft lining, taking into account superficial defects // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 261. Article 012016. DOI: 10.1088/1755-1315/261/1/012016.

22. Xiaoming Sun, Gan Li, Chengwei Zhao, Yangyang Liu, Chengyu Miao Investigation of deep mine shaft stability in alternating hard and soft rock strata using three-dimensional numerical modeling // Processes. 2018. Vol. 7. No 1. DOI: 10.3390/pr7010002.

23. Qing Yu, Kexin Yin, Jinrong Ma, Hideki Shimada Vertical shaft support improvement studies by strata grouting at aquifer zone // Advances in Civil Engineering. 2018. Vol. 7, Article 5365987. DOI: 10.1155/2018/5365987.