VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В настоящее время ведётся активное проектирование и строительство золотодобывающих рудников Севера, которые предполагается использовать без регулирования теплового режима, что повышает требования к креплению горных выработок. Использование большого количества техники с дизельными двигателями в современных рудниках приводит к значительному увеличению расходов воздуха на проветривание, а также характерной особенностью естественного теплового режима шахт области вечной мерзлоты являются значительные колебания температуры воздуха в течение всего времени по всей цепи выработок, что значительно усложняет расчёт параметров крепи.

Известно, что для многих практически значимых случаев давление на крепь в горных выработках, пройденных в мёрзлых породах, обусловлено нагрузками, вызванными изменением температурного поля горных пород. Теплозащитные покрытия, используемые в подземных сооружениях, выполняют различные функции, исходя из которых и выбирают их оптимальные параметры.[1]

Обычно, для повышения устойчивости оттаивающих горных пород вокруг горных выработок криолитозоны, применяют пенополиуретановые (пенопластовые) покрытия, набрызг-бетонную крепь с воздушным слоем.[3.4] Также может быть использована теплозащитная набрызг-бетонная крепь.

Положительные стороны набрызг-бетонных теплозащитных покрытий не вызывают сомнений. Во-первых, они уменьшают глубину протаивания окружающих пород выработок, эксплуатирующихся в знакопеременном или положительном тепловом режимах, уменьшая тем самым нагрузку на крепь – покрытие, что позволяет уменьшить ее толщину и, следовательно, расход материалов. Уменьшается до одного число циклов замораживания-оттаивания, которым подвергаются породы в течение года. Во-вторых, при хорошей адгезии теплозащитного набрызг-бетона к горной породе будет образовываться единая система порода - теплозащитная крепь по аналогии с набрызг-бетонной крепью со всеми присущими ей положительными свойствами повышенной несущей способности.[2]

Для определения область рационального использования набрызг-бетонной теплозащитной крепи с позиции минимизации затрат на крепление, существует укрупненная экономико-математическая модель, которая позволяет ответить на главный вопрос: что эффективнее, использовать для крепления более дорогой легкий бетон или традиционный набрызг-бетон, но большой толщины. Данная методика позволяет при известной стоимости легкого наполнителя определить эффективность использования теплозащитных бетонов в горных выработках рудников Севера.[5]

Т.к. золоторудные месторождения достаточно удалены от мест производства лёгких наполнителей, для теплозащитной крепи, необходимо учитывать стоимость доставки материалов. Так, основываясь на стоимость компонентов, затратах на нанесение крепи, а также необходимых затратах на транспортировку можно построить номограмму для определения эффективности использования лёгких бетонов в качестве теплозащитной крепи. Рис1.

В левом квадранте по оси абсцисс отложено отношение плотности тяжелого(ρ₁) и легкого(ρ₂) бетонов. В правом квадранте по оси абсцисс отложено значение стоимости нанесения одного кубического метра бетона в тысячах рублей (руб./м³). Штриховой линией показан ключ к номограмме. Если результат, полученный по номограмме, лежит слева по оси, то применение легкого бетона в качестве крепи экономически оправдано, если справа – нет. Штриховкой выделена область отношения плотностей, характерная для легких бетонов. Из номограммы видно, что использование лёгких наполнителей целесообразно как вблизи от их места производства(выделено красным цветам на номограмме), так и на достаточно большом(3000км) удалении.

Рис1. Номограмма для определения области эффективного применения теплозащитной крепи из легкого набрызг-бетона

Также на основе данной методики можно решить обратную задачу. Так задаваясь необходимыми характеристиками крепи можно определить значения затрат на нанесение крепи при которых использование лёгких наполнителей будет целесообразно. Из номограммы (Рис2.) видно, что при стоимости нанесения свыше 349 руб./м³ применение лёгкого бетона в качестве теплозащитной крепи экономически оправдано.

Рис2. Номограмма для определения минимальной, экономически оправданной, стоимости нанесения теплозащитной крепи из легкого набрызг-бетона

Таким образом, из построенных номограмм, видно, что при современных уровнях затрат на возведение крепи(750-2150 руб./м³), стоимости лёгких наполнителей(Азерит - 1700 руб/м³, Вермикулит – 3500 руб/м³) и учёте средней стоимости транспортировки сыпучих грузов 0,7руб/(км·м³)) использование лёгких бетонов в качестве теплозащитной экономически оправданно. А на основе данной методики можно провести многофакторный анализ области эффективного использования теплозащитной крепи как по заданным экономическим параметрам, так и по необходимым параметрам теплозащитной крепи.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Галкин А.Ф., Киселев В.В., Курилко А.С. Набрызгбетонная теплозащитная крепь – Яутск: ЯНЦ СО РАН, 1992. – 164с.

2.Курилко А.С. Применение набрызг-бетонных теплозащитных покрытий в условиях криолитозоны - Горная книга (Москва), Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2005.-147-152с.

3. Скуба В.Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты. – Новосибирск: Наука, 1974. - 118 с.

4. Шувалов Ю.В. Регулирование теплового режима шахт и рудников Севера.-Л.:ЛГУ, 1988. -196 с

5.Галкин А.Ф. Тепловой режим подземных сооружений Севера – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. – 304с.

Код для цитирования: Скопировать