Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf

иподготовительных выработок. В угольной промышленности наиболее часто пользуются стальной податливой арочной крепью, представляющей собой раму из двух стоек и дугообразного верхняка (рис. VI. 3). В зависимости от горного давления стойки

иверхняки выполняются из взаимозаменяемых желобчатых спец-

Рис. VI 3. Арочная стальная податливая крепь горных выработок угольных и рудных шахт:

/ — ст о й к а; 2 — д у г о о б р а зн ы й в ер х н я к ; 3 — со е д и н и т ел ь н ы е ск о б ки и п л а н ­ ки ; 4 — сечен и е ар о ч н о й кр еп и .

профилей пяти типоразмеров: СВП-14, СВП-17, СВП-І9, СВП-22, СВП-27. Цифры в обозначении профиля показывают вес одного погонного метра профиля в кг.

Соединение стоек с верхняком осуществляется при помощи скоб и планок. Податливость крепи производится за счет проскаль­ зывания одного звена в другом и может регулироваться натя­ жением скоб. Материалом спецпрофилей в основном служит

Вес одной рамы из спецпрофиля с крепежными деталями со­ ставляет 170—34СГ7сг. Так как протяженность горных выработок на угольных и рудных шахтах, крепление которых должно осу­ ществляться металлической арочной крепью, исчисляется мно­ гими сотнями километров, то потребность в спецпрофилях только •по угольной промышленности определяется сотнями тысяч тонн стали в год.

Таким образом, изыскание эффективных путей создания сталь­ ной крепи для капитальных и подготовительных выработок шахт, способной выдержать значительные нагрузки горного давления, при минимальных затратах металла остается весьма актуаль­ ной задачей. Решение ее должно идти в основном по пути при­ менения более прочного металла. Весьма перспективным в связи

139

с этим является использование для изготовления спецпрофилей новых термически упрочненных сталей высокой прочности. В этом направлении исследования ведутся рядом организаций (ДоиУГИ, Днепропетровский институт черной металлургии и др.). Ниже •приводятся некоторые результаты работ кафедры металлических

дельных элементов спецпрофиля и ее влияния на общую несу­ щую способность арки из высокопрочного металла.

Результаты определения общей несущей способности арок из профиля СВП-22 для горной выработки площадью 12,5 м2 пред­ ставлены на рис. VI. 4. Как видно, несущая способность такой крепи при загружении одной сосредоточенной силой составляет 23,11 т и в среднем превышает несущую способность аналогич­ ных арок из стали Ст5 в 1,9 раза. '

Подводя итоги по первому этапу исследований и опытному из­ готовлению арочной крепи из спецпрофилей, прокатанных из высокопрочной стали 14Х2ГМР и прошедших термообработку, можно вделать вывод, что применение в арочной крепи высоко­ прочной стали классов С70/60 и выше является весьма эффектив­ ным и сможет почти вдвое снизить расход металла, при этом важным является выбор наиболее дешевых марок сталей и опти­ мальных режимов термообработки.

Можно предположить, что наибольшая экономия металла в арочных крепях от применения высокопрочных сталей будет до­ стигнута при использовании более тяжелых спецпрофилей про­

* Первые три арки были испытаны в ДоиУГИ.

140

ката. Перспективным, по-видимому, окажется использование сталей высокой прочности в арочных крепях глубоких шахт.

Практическое применение высокопрочной стали осуществлено на шахте «Молодогвардейская» комбината Краснодонуголь в Донбассе, где на одном из участков горной выработки уста­ новлена арочная крепь из стали 14Х2ГМР. В настоящее время ведутся работы по изысканию более дешевых высокопрочных сталей для арочных крепей, в том числе и для рудных шахт Кривбасса.

§ 27. Стальные цилиндрические бункера-питатели угольных гидрошахт

На угольной гидрошахте «Новодонецкая» комбината Красноармейскуголь в Донбассе была применена высокопрочная сталь 14Х2ГМР для изготовления двух камер бункер-питателя, распо­ ложенного на глубине 300 м. Камеры находятся в системе гидро­ подъема угля из шахты на обогатительную фабрику. Емкость каждой камеры 125 м3, рабочее давление пульпы 52 ата, при возможных гидроударах в 100 ата.

Такие камеры обычно выполнялись из железобетона с внутреиней оболочкой из стали 20 толщиной 14 мм. Однако при эксплуа­ тации вследствие образования трещин в оболочке камеры вы­ ходили из строя. Для обеспечения надежности при эксплуатации было решено выполнить оболочку камер из высокопрочной стали 14Х2ГМР толщиной 45 мм. Предполагалось, что все нагрузки от внутреннего давления пульпы будут восприниматься только стальной оболочкой, без учета железобетонного массива, в ко­ тором она помещена (обычно при расчете таких камер учиты­ вается совместная работа оболочки и железобетонного массива). Конструкция камеры из стали 14Х2ГМР представляет собой цилиндрический резервуар диаметром .3,0 м и высотой 14,4 м со сферическими днищами, к которым подходят подающие и сливные трубы пульповодов. Резервуар сваривается из обечаек (всего 41) высотой по 1150 мм, каждая из которых в свою оче­ редь сваривается из двух полуколец. Общий вес листовой стали 14Х2ГМР одной камеры 57 т. В настоящее время намечено из­ готовление третьей камеры. бункер-питателя на упомянутой шахте.

*■

§28. Эффективность применения высокопрочных сталей

иновые системы металлических копров

для угольных и рудных шахт

Надшахтные копры являются одной из наиболее ответственных строительных конструкций на поверхности угольных и рудных шахт. Их параметры различны и зависят от вида подъема, про­ изводительности шахты, глубины ствола и принятой технологии діа поверхности.

141

В настоящее время на шахтах горнодобывающей промышлен­ ности применяется два типа копров: для одноканатных подъе­ мов— с подъемными машинами на уровне земли и для много­ канатных — с подъемными машинами непосредственно на копрах. В первом случае копры применяются укосные, во вто­ ром—башенные. На современных глубоких шахтах большой про­ изводительности в основном применяются башенные надшахтные копры, представляющие собой крупные инженерные сооружения высотой до 100—120 м.

Копры для одноканатных подъемов по конструкции проще, их высоты и воспринимаемые нагрузки меньше, чем у башенных копров (обычно высота копра 30—50 м). Материалом для несу­ щих конструкций башенных копров служит как сталь, так и же­ лезобетон; укосные копры для одноканатных подъемов в основ­ ном изготовляются металлическими.

Башенные копры для многоканатных подъемов. Наиболее рас­ пространены в СССР и за рубежом призматические башенные копры. Отечественные скиповые башенные копры имеют размеры в плане 18X18 или 18X24 м, клетьевые^— 18X18 м. Высота ба­ шен принимается 90—ПО м для скиповых и 40—50 м для клетьевых копров (угольных шахт). Помимо призматических, как в Советском Союзе, так' и за рубежом применяются железобетон­ ные цилиндрические башенные копры, возводимые в подвижной опалубке, а также трехопорные (шахта им. XXII Партсъезда комбината Кадиевуголь, проект института Южгипрошахт) и шатровые башенные копры по проектам института Днепрогипрошахт. В угольной промышленности башенные копры в основном изготавливаются из железобетона. В железорудной промышлен­ ности предпочтение отдается стальным копрам.

В настоящее время основные научные направления создания прогрессивных конструкций башенных копров для многоканат­ ных подъемов могут быть сформулированы следующим образом: переход от железобетонных несущих конструкций на стальные с широким использованием сталей повышенной и высокой проч­ ности; вовлечение в работу на основные нагрузки ограждающих конструкций; применение при стальных несущих каркасах легких и огнестойких стеновых панелей. ' '

Стальные призматические копры каркасной системы. Исследог вание эффективности применения сталей высокой прочности в каркасах призматических башенных копров и разработка реаль­ ных проектов копров с использованием указанных сталей осу­ ществлялись Укрпроѳктстальконструкцией, кафедрой металличе­ ских и деревянных конструкций КИСИ и др. Исследования пока­ зали, что наиболее металлоемкими элементами стальных башен­ ных копров являются колонны и балки перекрытий, составля­ ющие около 80% общих затрат стали на копер.

Основными сжатыми элементами являются мощные тяжело нагруженные колонны с расчетными усилиями 800—2000 т и

142

. гибкостями в пределах 30—50. Вес таких колони составляет около 30% общего веса всех сжатых элементов и применение в них высокопрочных сталей вследствие малых гибкостей является перспективным. Применение высокопрочных сталей в изгибае­ мых элементах несколько менее эффективно вследствие регла­

то реальная экономия металла в башенных копрах против конструкций из стали СтЗ может со­ ставлять 20—25% [66].

Применение высокопрочных сталей в колоннах наиболее эф­ фективно при больших усилиях и использовании коробчатых сечений. Так, при усилиях более 800 тгибкость таких колонн при расчетной длине 4—8 м оказывается малой и равна 20—40, а коэффициенты продольного изгиба (ф) наоборот высокими — 0,94—0,80. При Н-образном сечении и указанных выше расчетных параметрах гибкость составляет 30—60, а коэффициенты про­ дольного изгиба 0,89—0,61. Таким образом, экономия металла в- колоннах при применении стали класса С70/60 и квадратных се­ чений по сравнению с традиционными решениями и использова­ нием стали класса С38/23 может составлять 40—50% (рис. VI. 5).

Эффективность применения стали высокой прочности в башен­ ных копрахбыла иследована на примере копра шахты «Капи­ тальная» комбината Воркутауголь (проект института Укрпроектстальконструкция). Указанный копер каркасной системы име­ ет высоту 81,6 м, размеры в плане 18,0Х 18,0 м, шаг колонн 6,0 м, связи крестовой системы, расположенные по всему периметру башни. Высота междуэтажных,перекрытий составляет 3,6—7,0 м (кроме машзалов). Шахтных подъемов три, подъемные машины расположены в двух машинных залах на отметках 60,70 и 67,20. Проект копра предусматривает применение двух марок сталей:

143.