Методика расчета и обоснование параметров консольно-канатных армировок вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок научная
На правах рукописи
Котиков Дмитрий Александрович
МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНСОЛЬНО-КАНАТНЫХ АРМИРОВОК ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ С УЧЕТОМ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Научная специальность 25.00.22
Геотехнология
(подземная, открытая и строительная)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2010
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)
Научный руководитель
доктор технических наук, профессор
Долгий Иван Емельянович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
Козел Атом Михайлович
кандидат технических наук
Вильчинский Владислав Борисович
Ведущее предприятие – ООО "СПб - Гипрошахт"
Защита диссертации состоится 27 апреля 2010 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 1160.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского горного института
Автореферат разослан 26 марта 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук,
профессор Э.И. Богуславский
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Одним из самых масштабных сооружений по объему, разнообразию и сложности решений в период строительства и эксплуатации горного предприятия являются вертикальные стволы. Армировка стволов оказывает существенное влияние на стоимость стволов (до 15%), трудоемкость (до 10%), продолжительность строительства, производительность, надежность и экономичность работы подъемного комплекса.
В настоящее время в Российской Федерации эксплуатируются подъемы в вертикальных стволах со скоростями движения подъемных сосудов до 12-14 м/с и концевой нагрузкой до 60 т. В ближайшей перспективе ожидается рост скорости движения подъемных сосудов до 20 м/с с массой загруженных сосудов до 100 т. Это приведет к существенному увеличению динамических нагрузок на элементы армировки, что потребует новых подходов к конструированию, расчету и технологическим решениям по армированию стволов. В настоящее время на ремонт и замену жесткой армировки затрачивается до 30-40% от стоимости сооружения ствола. Поэтому, одним из направлений является усовершенствование конструкций или разработка принципиально новых технических решений по армированию, принимаемых с учетом ряда дополнительных нагрузок и воздействий.
Вопросам разработки новых схем и конструкций армировки, технологии крепления и армирования вертикальных стволов посвящены труды А.Г. Акимова, И.В. Баклашова, С.В. Борщевского, В.Е. Боликова, А.В. Будника, Н.С. Булычева, А.В. Быкова, В.В. Виноградова, В.И. Голика, И.Б. Доржинкевича, В.П. Друцко, И.Е. Долгого, Ю.Н. Ермакова, Б.А. Картозии, А.М. Козела, И.Г. Коскова, Ю.Н. Кузнецова, И.Г. Баронского, В.В. Левита, И.А. Мартыненко, Н.М. Покровского, А.Г. Протосени, Е.В. Петренко, Ю.Б. Пильча, А.А. Пшеничного, А.Ю. Прокопова, И.И. Савина, Ю.И. Свирского, И.С. Стоева, С.Г. Страданченко, П.С. Сыркина, Р.А. Тюркяна, Н.К. Шафранова, Ф.И. Ягодкина и др.
Одним из главных направлений совершенствования жесткой армировки в настоящее время является замена больших расстрелов консольными различной конструкции или переход на канатную армировку. Вместе с тем, консольная армировка из-за невысокой несущей способности может быть успешно применена в стволах с интенсивностью подъема до 5 МДж. С другой стороны, область применения канатной армировки лимитируется несовершенством фиксирующих устройств на промежуточных горизонтах, узлами соединения подъемного сосуда с направляющими канатами и в увеличении глубины зумпфа для размещения натяжных устройств. На элементы армировки при ее эксплуатации действуют знакопеременные динамические нагрузки от аэродинамических сил, каната и воздействий подъемного комплекса, поэтому проектирование схем и конструкций армировки, а так же технологии армирования вертикальных стволов должно производиться с учетом этих воздействий.
Весьма актуальной задачей в настоящее время является объединение достоинств консольных и канатных армировок и учет на стадии проектирования знакопеременных динамических нагрузок, что приведет к снижению затрат на строительство и эксплуатацию шахтных стволов.
Комплекс выполненных автором исследований посвящен совершенствованию методики расчета и конструированию консольно-канатной армировки, предназначенной для эксплуатации в глубоких и сверхглубоких стволах с высокой (свыше 9 МДж) и средней (5-8 МДж) интенсивностью подъема.
Цель работы – обеспечение эксплутационной надежности и экономической целесообразности консольно-канатных армировок на основе выявленных закономерностей изменения величин напряжений при знакопеременных динамических нагрузках в системе «подъемный сосуд – армировка – крепь – массив».
Задачи, решению которых посвящена данная работа:
1. Комплексный анализ применения армировок вертикальных стволов.
2. Исследование напряженно-деформированного состояния элементов армировки в системе «подъемный сосуд – армировка – крепь – массив» при воздействии знакопеременных динамических нагрузок.
3. Разработка методики расчета конструкций консольно-канатных армировок.
4. Разработка конструкций и схем консольно-канатных армировок.
5. Определение технико-экономической эффективности применения предложенных конструкций и схем.
Идея работы: для увеличения скоростей и масс подъемных сосудов следует объединить элементы канатной и консольной армировок в единую конструкцию.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий системный анализ современного состояния и фактических данных армировки вертикальных стволов, производственные и виртуальные исследования изменения величин напряжений от динамических знакопеременных нагрузок на систему «армировка – крепь – массив» (система «а-к-м»), моделирование и анализ поля напряжений в системе «а-к-м» и технико-экономический анализ результатов исследования.
Нормативные документы, согласно которым проводились испытания: ГОСТ 21153.0-75, ГОСТ 10181.0-81, ГОСТ 24452-80.0-75, ГОСТ 24545-81, ГОСТ 27677-88.
Научная новизна:
- установлены закономерности изменения величины нормальных напряжений в элементах системы «армировка – крепь – массив» от динамических знакопеременных нагрузок, которые характеризуются тем, что величины напряжений в консоли при лобовых нагрузках в 5-8 раз больше чем в бетонной крепи в месте заделки и в 30-40 раз больше чем в массиве, а при боковых нагрузках в 20 и 1000 раз соответственно.
- установлены закономерности изменения параметров консольно-канатных армировок от интенсивности движения подъемного сосуда от 2,6 МДж до 7,8 МДж.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Методика определения прочностных и деформационных характеристик элементов консольно-канатной армировки в системе «армировка – крепь – массив» должна базироваться на закономерностях изменения величин напряжений при динамических знакопеременных нагрузках.
2. Расстояние между точками закрепления канатного направляющего при консольно-канатной армировке следует определять в зависимости от величины коэффициента сопротивления проводника поперечному усилию и характеристик подъемного сосуда.
3. Использование консольно-канатной армировки в глубоких стволах, с высокой (до 9 · 106 Дж) и средней (6 · 106 Дж) интенсивностью подъема обеспечивает снижение металлоемкости до 50% по сравнению с консольной, и уменьшение диаметра ствола до 0,5 м по сравнению с канатной.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается конечно-элементным анализом напряженно-деформированного состояния и математического моделирования системы «армировка – крепь – массив», инженерно-техническими проработками и проектными решениями, с использованием нормативной базы.
Практическое значение работы – разработка конструкций безрасстрельной консольно-канатной армировки, снижающих действие циклических нагрузок от движущихся подъемных сосудов и новой методики расчета прочностных характеристик армировок вертикальных стволов.
Реализация работы Результаты исследований были использованы при разработке рекомендаций по ремонту вертикальных стволов ОАО «АПАТИТ»
Апробация работы. Содержание и отдельные положения диссертации обсуждены и одобрены на: Конференции молодых ученых «Проблемы природопользования» (СПГГИ (ТУ) СПб 2008); 5-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2007 г.); 6-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2008 г.); 7-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2009 г.)
Публикации: по теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения четырех глав и заключения, изложенных на 138 машинописных страницах, содержит 39 рисунков, 18 таблиц, и 2 приложения.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В настоящее время в мировой и отечественной практике наблюдается устойчивая тенденция к увеличению средней глубины разработки месторождений полезных ископаемых. Это приводит к ухудшению условий эксплуатации стволов и к необходимости увеличения интенсивности подъема, что требует перехода к новым схемам и конструкциям армировки. В отечественной горнодобывающей промышленности около 75% стволов имеют жесткую армировку, 17% - канатную и 8% - смешенную. Перспективным направлением развития армировок вертикальных стволов в настоящее время является применение безрасстрельных (консольных, консольно-распорных, блочных) конструкций с анкерным креплением и канатных армировок. Особое значение имеет направление развития, включающее в себя достоинства безрасстрельных и канатных армировок.
Современный уровень научных и инженерно-технических знаний в области проектирования армировок вертикальных стволов и передовой опыт технологии армирования накоплен в результате работ, исследований и внедрений проведенных отечественными и зарубежными учеными и инженерами.
Однако в вышеуказанных работах проектирование схем и конструкций армировки рассмотрено без учета целого ряда дополнительных нагрузок и воздействий, характерных для глубоких стволов с высокой интенсивностью подъема.
В первой главе автором выполнен анализ современного состояния армировок вертикальных стволов. Рассмотрены существующие типы армировок, преимущественно используемые в глубоких стволах с высокой интенсивностью подъема. На основе выполненного анализа сформулированы задачи исследования, цель, идея работы и положения, выносимые на защиту.
Во второй главе рассмотрена система «а-к-м» и нагрузки возникающие в ней. Дано аналитическое определение величин напряжений в элементах системы «а-к-м». Рассмотрены величины напряжений полученные в результате компьютерного моделирования. Выполнен анализ результатов исследования.
В третьей главе рассмотрены существующие методики расчета конструкций армировки. Выполнен анализ нагрузок, приходящихся на систему «а-к-м». Приведена методика расчета консольно-канатных армировок.
В четвертой главе рассмотрены направления развития типов армировок вертикальных стволов. Предложены конструктивные схемы консольно-канатной армировки. Проведено сравнение технико-экономических показателей существующих схем армировок с предложенной.
Основные результаты исследований отражены в защищаемых положениях:
1. Методика определения прочностных и деформационных характеристик элементов консольно-канатной армировки в системе «армировка – крепь – массив» должна базироваться на закономерностях изменения величин напряжений при динамических знакопеременных нагрузках.
Анализ методик по определению прочностных характеристик и размеров элементов позволяет заключить, что все методики рассматривают армировку ствола как набор конструктивных элементов, подверженных тому или другому силовому воздействию. Это не дает возможности оценить величину и характер напряжений при комплексном воздействии на элементы армировки технологических и геомеханических факторов.
При рассмотрении консольно-канатной армировки в системе «а-к-м» в состав сил вызывающих напряжения в консоли входят:
- аэродинамическая сила Раэр;
- сила от крутящего момента несущего каната РМкан;
- сила, развивающаяся в результате неточности установки армировки Рарм;
- сила удара при контакте Рконт (часть силы инерции движения подъемного сосуда) Pконт = 0,1 · Q.
- крутящий момент на консоли МРконт от силы инерции подъемного сосуда.
Векторные величины сил, действующих на консоль, определяются из зависимостей:
Мкр = МРконт
При эксплуатации вертикальных стволов элементы их армировок испытывают влияние знакопеременных динамических нагрузок, вызывающих в последних знакопеременные напряжения. При движении подъемных сосудов по стволу, их скорость (Vс) определяется возможностями подъемных машин, конструктивными особенностями армировки и требованиями правил безопасности. При заданной глубине ствола (Нств), и фиксированной скорости движения подъемных сосудов, время (период) цикла (tц) изменения знака напряжения определяется из зависимости tц = Нств / Vc.
При заданных условиях характер изменения напряжений () будет симметричным (рис. 1).
При симметричном цикле его характеристикой (r) является зависимость:
r = min / max,
где min – минимальные напряжения цикла, Па; max – максимальные напряжения цикла, Па. Для рассматриваемых условий r = -1.
Рис. 1. Характер изменения величин напряжений в симметричном цикле
При возникновении в любой системе знакопеременных напряжений ее работоспособность может быть оценена пределом выносливости (r), где индекс (r) является характеристикой цикла. Причинами деформации консоли при контакте с ней движущегося сосуда весом (Q) со скорость (Vс) будут силы, приведенные на рисунке 2.
При контакте движущегося подъемного сосуда с торцом консоли в ней будут возникать напряжения от силовых факторов представленных на рисунке 2. Величины напряжений в рассматриваемом сечении консоли определяются из зависимостей:
,
где лоб, бок, верт – нормальные напряжения в рассматриваемом сечении, Па; Рбок, Рлоб, Рверт – боковая, лобовая и вертикальная нагрузка соответственно, Н; F – площадь поперечного сечения консоли, м2; lк – расстояние от конца консоли до рассматриваемого сечения, м; Wy-y, Wz-z – моменты сопротивления относительно осей z и y соответственно, м3; Jp – осевой момент сечения, м4; - касательные напряжения, Па; Мкр – крутящий момент, Н·м.
Условие прочности в данном случае будет иметь вид: [r] кв · max.дин, где [r] – предел выносливости, Па; кв – коэффициент запаса выносливости (коэффициент выносливости), max.дин – наибольшие динамические напряжения, Па. В свою очередь, условие прочности для динамических напряжений составит: [дин] кд · max.стат, где [дин] – предел прочности при динамических нагрузках, Па; кд – коэффициент динамики, стат.max – наибольшие напряжения при статической нагрузке, Па. Таким образом, условие прочности при знакопеременных динамических нагрузках составит: [r] кв · кд · max.стат.
Рис. 2. Схема сил действующих на консоль.
±Рбок – боковая нагрузка, ±Рлоб – лобовая нагрузка, ±Рверт – вертикальная нагрузка, Мкр – крутящий момент; 1 – крепь ствола, 2 – элемент армировки (консоль), 3 – направляющий канат.
Для разных видов деформаций предел выносливости для стали будет равен: изг-1 = 0,4 раст, сж-раст-1 = 0,28 раст, кас-1 = 0,22 раст
Учитывая характер действия нагрузок на консоль (рис. 2.) и взаимосвязь напряжений, можно построить векторную диаграмму напряжений и определить величину и направление результирующего напряжения (рез) в системе (рис. 3). Из диаграммы: 1 = 0,47рас; 2 = 0,56рас; 3 = 0,72рас; рез = 0,85рас
Расчет прочности заделки консоли зависит от способа ее закрепления. Проверка прочности соединения консоли с бетоном «в лунку» (рис. 4):
,
где Рос – нагрузка, действующая по оси консоли, Н; Fбок.кр. – боковая поверхность армировки заделанной в крепь, м2; [] – величина допускаемого касательного напряжения для материала крепи, МПа; кр – толщина крепи, м; П – периметр сечения консоли перпендикулярного ее оси и соприкасающегося с материалом крепи, м.
Рис. 3. Векторная диаграмма для определения величин и направлений результирующего напряжения (рез)
Рис. 4. Принципиальная схема взаимодействия консоли и крепи при осевой нагрузке
При нагрузке действующей перпендикулярно оси консоли систему взаимодействия можно представить в виде (рис. 5.). При этом нагрузка, передающаяся на крепь, будет равна:
,
где Pпер – нагрузка действующая перпендикулярно оси консоли, Н; кр – толщина крепи, м; lк – длина консоли, м.
Рис. 5. Расчетная схема системы при нагрузке действующей перпендикулярно оси консоли.
Напряжения, возникающие в крепи;
- напряжения от сжатия-растяжения материала крепи по направлению действия нагрузки (рис. 6. косая штриховка);
- касательные напряжения от «сдвига» (рис. 6. крестовая штриховка).
Рис. 6. Схема площадок действия напряжений при нагрузке, действующей перпендикулярно оси консоли. 1 – крепь ствола, 2 – элемент армировки (консоль), 3 – горный массив, Pпер – нагрузка.
Очевидно, что нагрузка будет действовать по всей поверхности консоли закрепленной в крепь. Величины нагрузки вызывающие напряжения сжатия-растяжения и касательные соответственно составит:
,
где а – длина периметра сечения перпендикулярного консоли, соприкасающегося с крепью, параллельная нагрузке, м; b – длина сечения периметра консоли, соприкасающегося с крепью, перпендикулярного нагрузке, м; Pпер – нагрузка действующая перпендикулярно оси консоли, Н.
Соответственно, условия прочности будут иметь вид:
.
При любом из двух типов нагружения влияние на массив армировка оказывает опосредованно, через крепь. При этом передача усилий будет происходить согласно схеме представленной на рис. 7.
При действии нагрузки перпендикулярно оси консоли расчетная схема представлена на рис. 8.
Рис. 7. Схема передачи нагрузки с крепи на массив.
Напряжения, возникающие в массиве, будут равны:
,
где qi – нагрузка на консоль, Н/м; a1 и b1 – линейные размеры сечения консоли, м; кр – толщина крепи, м; – угол внутреннего трения материала крепи.
При симметричном расположении анкеров сила, приходящаяся на каждый анкер, составит:
,
где Pпер – нагрузка, действующая перпендикулярно оси консоли, Н; lк – длина консоли, м; lанк – расстояние от точки крепления анкера к пластине до ее нейтральной оси, м; n – количество анкеров в закреплении.
Рис. 8. Расчетная схема анкерного крепления консоли при нагрузке перпендикулярной ее оси консоли.
Следует отметить, что при расчете параметров как анкерного крепления консоли, так и крепления «в лунку» необходимо учитывать знакопеременный динамический характер нагрузки.
Для подтверждения результатов аналитического расчета было выполнено компьютерное моделирование в программном комплексе ABAQUS, версии 6.7.1. Расхождения полученных результатов с аналитическими расчетами приведены в таблице 1.
Таблица 1. Отклонения результатов моделирования от аналитических расчетов.
| Отклонения результатов моделирования от расчетов, % | |||
| минимальное | среднее | максимальное | |
| Для армировки | 4,03 | 7,69 | 15,44 |
| Для крепи | 5,76 | 10,27 | 16,41 |
2. Расстояние между точками закрепления канатного направляющего при консольно-канатной армировке нужно определять в зависимости от величины коэффициента сопротивления проводника поперечному усилию и характеристик подъемного сосуда;
При движении по стволу подъемный сосуд вследствие внешних сил отклоняет направляющий канат от вертикального положения. Отклонение канатного проводника от вертикали (u) при движении подъемного сосуда будет зависеть от качества канатного проводника, скорости движения подъемного сосуда, силы натяжения проводника, температурных изменений по трассе ствола и влажности атмосферы. На практике важно знать величину отклонений направляющего каната для определения размеров и массы подъемного сосуда и диаметра ствола в свету.
Наибольшее отклонение проводника от вертикали под действием силы Pmax.гор определяется из выражения:
,
где Pmax.гор – максимальная сила в горизонтальной плоскости, Н; L – длина канатного проводника между точками его закрепления, м; Qнат – масса натяжного груза, т; – удельный вес единицы длины проводникового каната, Н/м3.
Преобразуя приведенную зависимость, имеем:
.
Анализируя данную зависимость, можно заключить, что зная или задаваясь одним из параметров (L или u), можно найти оптимальные параметры консольно-канатной армировки для конкретных горнотехнических условий.
Рис. 9. Зависимость расстояния между ярусами от величины отклонения канатного проводника от вертикали.
Рассматривая консольно-канатную армировку как конструкцию, обеспечивающую надежную эксплуатацию подъема, необходимо в каждом конкретном случае определить шаг установки консолей (расстояние между ярусами), что возможно при соблюдении условия uмах > [ u ].
На графике (рис. 9) показаны зависимости рациональных расстояний (L, м) между ярусами для подъемных сосудов 40-100 т с проводником - стальным канатом двойной свивки типа ТКЛ конструкции 637 (1+6+15+15)+1; d = 56 мм. натяжением 100 т и скоростью 16 м/с, от отклонения канатного проводника (u, м).
3. Использование консольно-канатной армировки в глубоких стволах с высокой (до 9 · 106 Дж) и средней (6 · 106 Дж) интенсивностью подъема обеспечивает снижение металлоемкости до 50% по сравнению с консольной, и уменьшение диаметра ствола до 0,5 м по сравнению с канатной.
Капитальные затраты на армирование стволов могут достигать 15% от общей стоимости их строительства. Снижение этих затрат является одной из актуальных проблем при строительстве и реконструкции глубоких вертикальных стволов. Для сравнения материальных затрат при армировании использовались схемы армировок, приведенные на рис. 10.
Рис. 10. Схемы армирования ствола; а – расстрельная, б – консольно-распорная, в – консольная, г – консольно-канатная.
Диаметр стволов используемый при расчетах составлял 5 – 9 м, с шагом 1 м. В качестве типа профиля армировки использовались двутавры №№ 27, 30, 33, швеллеры №№ 22, 24, 27 и рельсы Р36; для консольно-канатной армировки - канаты стальные двойной свивки типа ТКЛ конструкции 637 (1+6+15+15)+1, d = 56 мм. Результаты для ствола Dсв = 7 м, приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2. Удельный расход металла при Dсв = 7 м.
| Тип армировки | Расход металла, т/м. | |||||
| № двутаврового профиля | № швеллерного профиля | |||||
| 27 | 30 | 33 | 2х22 | 2х24 | 2х27 | |
| Расстрельная | 270,0 | 290,0 | 312,8 | 312,0 | 336,0 | 365,6 |
| Консольно-распорная | 198,0 | 206,6 | 216,3 | 216,0 | 226,3 | 239,0 |
| Консольная | 180,0 | 185,7 | 192,2 | 192,0 | 198,9 | 207,3 |
| Консольно-канатная | 87,2 | 88,6 | 90,2 | 90,1 | 91,8 | 93,9 |
Таблица 3. Капитальные затраты при Dсв = 7 м.
| Тип армировки | Капитальные затраты, тыс. руб./м. | |||||
| № двутаврового профиля | № швеллерного профиля | |||||
| 27 | 30 | 33 | 2х22 | 2х24 | 2х27 | |
| Расстрельная | 1,45 | 1,54 | 1,64 | 1,84 | 1,98 | 2,15 |
| Консольно-распорная | 1,12 | 1,16 | 1,20 | 1,29 | 1,34 | 1,42 |
| Консольная | 1,04 | 1,06 | 1,09 | 1,15 | 1,19 | 1,24 |
| Консольно-канатная | 0,95 | 0,96 | 0,97 | 0,98 | 0,99 | 1,00 |
Исходя из анализа полученных результатов следует, что использование консольно-канатной армировки вместо консольной и расстрельной сокращает расход металла на 50-60% и 70-80% соответственно, что в свою очередь приведет к сокращению расходов на 55-60% и 20-25% соответственно для расстрельной и консольной армировок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Настоящая диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой на базе теоретических и экспериментальных исследований дано решение актуальной научно-технической задачи – обоснование технических и технологических решений по проектированию консольно-канатной армировки вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок от подъемных сосудов и геометрических параметров армировок, направленных на повышение работоспособности армировки и снижение итоговой стоимости строительства и эксплуатации ствола.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
- разработаны методические основы расчета консольно-канатной армировки вертикальных стволов с учетом знакопеременных динамических нагрузок на ее элементы;
- определены величины и характер распределения напряжений в системе «а-к-м»;
- установлено, что безопасная эксплуатация консольно-канатной армировки может быть достигнута с применением предложенного автором узла соединения подъемного сосуда с канатным направляющим;
- на конечно-элементных моделях исследовано совместное влияние на армировку эксплутационных (со стороны подъемного сосуда) и внешних (со стороны крепи и породного массива) воздействий, возникающих на участках соединения канатного направляющего и консолей;
- обоснованы оптимальные расстояния между ярусами консолей с учетом величины коэффициента сопротивления канатного проводника поперечному усилию и характеристик подъемного сосуда;
- доказано, что использование консольно-канатной армировки сокращает расход металла до 50% по сравнению с консольной, и уменьшение диаметра ствола до 0,5 м по сравнению с канатной армировками.
Основные результаты диссертации изложены в:
- Д.А. Котиков. Обоснование конструкции фиксирующего устройства и расчет его элементов при канатной армировке вертикальных стволов // Труды 5-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 11-13 апреля 2007 г.) с. 82-84.
- И.Е. Долгий. Д.А. Котиков. Оценка несущей способности монолитной бетонной крепи вертикальных стволов при буровзрывной технологии // Труды 7-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 8-10 апреля 2009 г.) т.1. с. 56-59.
- Д.А. Котиков. И.Е. Долгий. Пути совершенствования армировки главного ствола № 1 Кировского рудника ОАО «Апатит» // Труды 7-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 8-10 апреля 2009 г.) т.1. с. 118-123.
- Д.А. Котиков. И.Е. Долгий. Пути совершенствования безрасстрельных армировок вертикальных стволов // Труды 6-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 9-11 апреля 2008 г.) с. 14-18.
- Д.А. Котиков. И.Е. Долгий. Обоснование технико-технологических решений строительства вертикальных стволов в условиях ярегского нефте-титанового комплекса // Известия Тульского государственного университета.Естественные науки. Серия науки о земле Вып. 3. с. 62-63.
- Котиков Д.А. Обоснование надежности консольно-канатной армировки глубоких стволов // Записки Горного института. «Проблемы недропользования» т. 181. СПб. 2009. с. 89-92.
- Патент № 2374449 «Направляюще-фиксирующее устройство для подъемного сосуда» Опубликовано: 27.11.2009 Бюл. № 33, авт. Котиков Д.А., Долгий И.Е.
