АНАЛИТИКА ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ » Современные подходы при комплексном обследовании состояния крепи шахтных стволов

Современные подходы при комплексном обследовании состояния крепи шахтных стволов

Современные подходы при комплексном обследовании состояния крепи шахтных стволов

Дикун Д.Ю., к.т.н., ООО «ГСК-Шахтпроект»

Колонтаевский Е.В., ООО «ГСК-Шахтпроект»

АННОТАЦИЯ: Предложен обзор новейшего оборудования, применяемого для обследования подземных сооружений на примере обследования ствола ВВС рудника «Удачный» ОАО АК «АЛРОСА», проведенного специалистами ООО «ГСК-Шахтпроект».

Введение

С течением времени эксплуатируемые шахтные стволы, и подземные сооружения нуждаются в обследовании несущей способности крепи, а также их технического состояния. Цель статьи обобщение опыта применения современного высокоточного оборудования при обследовании подземных сооружений.

Шахтный ствол горнодобывающего предприятия является ключевым элементом, от исправного состояния которого зависит эксплуатация всего предприятия. Поэтому состоянию крепи шахтных стволов, их техническому обслуживанию, а также проведению своевременного и качественного ремонта крепи (восстановлению ее первоначальных свойств) должно уделяться особое внимание.

Шахтный ствол и его крепь как объекты контроля обладают рядом особенностей. В частности это ограниченность доступа в эксплуатируемое сооружение, многоэлементность конструкции крепи и ее протяженность. Особо следует отметить сложность обследования закрепного пространства и затюбингового бетона.

Методы контроля подземных сооружений постоянно совершенствуются, все большее распространение получает инструментальный (неразрушающий) контроль, исключающий субъективные оценки, повышающий оперативность и надежность получаемой информации.

Преимущества неразрушающего контроля, обусловленные его высокой производительностью, становятся очевидными при обследовании зданий и сооружений, когда неизвестны характеристики бетона и арматуры, а объемы контроля значительны.

Инструментальный (неразрушающий) контроль особенно актуален для шахтных стволов и других подземных сооружений, которые в силу своей специфики, а также большой протяженности (большой площади поверхности) позволяет оценивать состояние сооружений с большой достоверностью посредством большого количества выполненных замеров. Инструментальный (неразрушающий контроль) применяется в дополнение к традиционным методам контроля (отбор кернов, испытание образцов в лабораторных условиях).

С каждым годом появляется множество новых и усовершенствованных приборов позволяющих на месте определить фактические характеристики крепи: толщину, прочность бетона, его сплошность, водонепроницаемость, морозостойкость, наличие трещин, расположение в нем арматуры. Это позволяет осуществлять мониторинг за техническим состоянием выработок с получением наглядной и достоверной информации в сжатые сроки.

Что такое современное оборудование для обследования в нескольких словах? Это различные высокотехнологичные устройства, инструменты и аппараты, которые делают любые диагностические исследования более удобными и доступными, а результаты - более точными, и как следствие - более эффективным.

Большинство приборов имеют автономные источники питания, что позволяет использовать их в труднодоступных местах и на больших глубинах. Полученные данные сохраняются в памяти устройств и могут быть, затем перенесены на компьютер для последующей обработки и включения в технический отчет по обследованию.

Применение приборов, имеющих большой объем памяти, интерфейс с ПК и функции уточнения и корректировки градуировочных характеристик, порядок измерений, тип контролируемого материала, значительно облегчает документирование и последующую обработку результатов измерений. Наиболее сложными для контроля бетонной крепи шахтного ствола являются случаи воздействия на него агрессивных факторов: химических (соли, кислоты, масла и др.), термических (высокие или низкие температуры, замораживание в раннем возрасте, либо переменное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии), атмосферных (карбонизация поверхностного слоя). Эти факторы воздействуют в первую очередь на поверхностные слои бетона, в связи с чем при обследовании необходимо визуально, простукиванием, либо смачиванием растворами (при карбонизации бетона) выявить поверхностный слой с нарушенной структурой. Подготовка бетона таких конструкций для испытаний неразрушающими методами заключается в удалении поверхностного слоя на участке контроля и зачистке поверхности. Прочность бетона конструкций в этих случаях необходимо определять преимущественно приборами, основанными на методах местных разрушений, неразрушающего контроля либо путем отбора образцов.

Задачей обследования крепи шахтных стволов и других подземных сооружений является выявление отклонений от проектных решений, нормативных требований и повреждений в процессе эксплуатации.

При установлении причин нарушений крепи следует иметь в виду, что деформации ствола и нарушения крепи, как правило, происходят вследствие комплекса причин, одна или несколько из которых являются преобладающими. Так как внешние признаки нарушений крепи для ряда воздействующих на ствол факторов могут быть общими для нескольких из них, следует последовательно и обоснованно исключать второстепенные причины и выявлять основные.

Сравнение различных методик исследования состояния бетонной крепи ствола

Для выполнения обследования состояния бетонной крепи шахтных стволов применяются приборы и оборудование неразрушающего и разрушающего контроля. Ниже описаны их особенности, преимущества и назначение.

Ультразвуковой томограф А1040 MIRA предназначен для контроля конструкций из бетона, железобетона и камня при одностороннем доступе к ним с целью определения целостности материала в конструкции, поиска инородных включений, полостей, непроливов, расслоений и трещин, а также измерения толщины объекта контроля. Возможен контроль объектов с толщиной до 2-х метров.

Преимущества:

визуализация внутренней структуры объекта;
высокая производительность;
простота в использовании;
высокая точность измерений;

Особенности:

облегченный ударопрочный пластиковый корпус;
быстросъемный аккумулятор;
автономная работа с данными без внешнего компьютера;
адаптация антенного устройства к неровностям поверхности конструкции;
автоматическое измерение скорости распространения ультразвуковой волны в объекте контроля.

Примеры визуализации внутренней структуры бетона

Рисунок 1 - 3-х мерный вид.

Рисунок 2. Результаты контроля

Ультразвуковой измеритель прочности бетона

ИПС-МГ4.03

Для определения прочности бетонной крепи используется измеритель прочности бетона ИПС-МГ4.03, который предназначен для определения прочности бетона, раствора и строительной керамики методом ударного импульса в соответствии с ГОСТ 22690.

Прибор позволяет оценивать физико-механические свойства строительных материалов в образцах и изделиях (прочность, твердость, упруго-пластические свойства), выявлять неоднородности, зоны плохого уплотнения и др.

В прибор внесены градуировочные зависимости для различных материалов (тяжелый бетон на граните, на известняке, на гравии, на граншлаке; мелкозернистый бетон, керамзитобетон, шлакопемзобетон, кирпич) с учетом условий твердения и возраста.

Область применения:

контроль прочности бетона на предприятиях стройиндустрии и объектах строительства
обследование эксплуатируемых зданий и сооружений

Ультразвуковой прибор с визуализацией (дефектоскоп) ПУЛЬСАР-1.2

Назначение:

обнаружения пустот, трещин и дефектов, возникших в процессе производства и эксплуатации конструкций (при технологическом контроле и обследовании объектов);
контроль прочности и однородности бетона по ГОСТ 17624 и других материалов;
измерение глубины трещин в изделиях и конструкциях;
оценка пористости, трещиноватости и анизотропии материалов;
оценка степени зрелости бетона при монолитном бетонировании;
оценка затухания УЗК в бетоне.

Преимущества:

независимость результатов от силы прижатия преобразователей;
работоспособность на больших базах прозвучивания;
визуализация принимаемых сигналов;
широкий динамический диапазон;
универсальность преобразователей (излучение и прием с повышенной отдачей).

Ультразвуковой тестер UK1401

Тестер UK1401 предназначен для измерения времени и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твердых материалах при поверхностном прозвучивании на фиксированной базе с целью определения прочности и целостности материалов и конструкций.

Прибор выполнен в моноблочном исполнении в эргономичном корпусе из легкого ударопрочного пластика, что делает его удобным для работы на объектах.

В корпус тестера UK1401 встроены два преобразователя с сухим точечным контактом, что дает уникальную возможность вести контроль без применения контактной жидкости. Кроме того, данные преобразователи износостойкие и не чувствительны к состоянию поверхности, что позволяет избежать длительной и трудоемкой подготовки поверхности для проведения измерений.

Назначение:

определение прочности и целостности бетона;
поиск приповерхностных дефектов в бетонных сооружениях;
оценка степени анизотропии композитных материалов;
оценка степени созревания бетона при строительстве методом монолитного бетона и скользящей опалубки;
оценка несущей способности бетонных столбов и опор;
оценка глубины трещины, выходящей на поверхность;
оценка возраста материала при условии изменения его свойств со временем;
оценка пористости и трещиноватости материала.

Особенности:

встроенная система автоматической регулировки усиления;
звуковая индикация приема ультразвуковых сигналов;
возможность документирования результатов измерения;
наличие инфракрасного порта для обмена данными с внешним компьютером;
автоматическое выключение питания.

Измеритель прочности бетона (отрыв) ОНИКС-ОС

Назначение:

определение прочности бетона методом отрыва со скалыванием и методом отрыва стальных дисков по ГОСТ 22690 на объектах строительства и при обследовании зданий, сооружений и конструкций;
уточнение градуировочных характеристик ультразвуковых и ударно-импульсных приборов в соответствии с Методической инструкцией НИИЖБ МДС 62-2.01 и ГОСТ 22690;
использование (со специальными приспособлениями) для определения прочности сцепления кирпича и камней в кладке стен, измерение силы вырыва анкерных устройств, болтов и дюбелей, адгезии покрытий, испытания различных образцов.

Преимущества:

конструкция исключающая проскальзывание анкера и стабилизирующая конус вырыва;
компактная конструкция с двумя силовыми гидроцилиндрами-опорами;
новая версия прибора для высокомарочных бетонов с усилением 110 кН;
двукратный запас прочности конструкции;
легкая и удобная установка прибора на объект контроля;
встроенная электроника, увеличена матрица графического дисплея;
встроенное зарядное устройство;
конструктивные элементы выполнены из высокопрочных и легких материалов.

Видеоэндоскоп

Видеоэндоскоп с цветной камерой. Длина зонда: до 20 м. Позволяет определять нарушенные зоны и трещиноватость массива вмещающих пород горных выработок через пробуренный шпур.

Описание: прибор для визуального контроля и промышленной эндоскопии.

Видеоэндоскоп обеспечивают возможность качественного визуального контроля в самых труднодоступных местах.

Новая серия видеоэндосокопов обладает всеми свойствами профессиональных эндоскопических приборов. Прибор позволяет работать непрерывно в течении 5 часов. Рабочий диаметр отверстий - от 30 до 150 мм. Герметичная и прочная головка эндоскопа рабочим диаметром 26 мм позволяет Вам работать даже под водой на глубине до 20 м.

Зонд по всей своей длине имеет метки длины. Монитор TFT имеет гибкое соединение с зондом, что облегчает доступ в сложных местах. При необходимости монитор можно достать из чемодана и держать его в руках. Эндоскоп оснащен видеовыходом, что позволяет подключать его к компьютеру.

Все вышеописанное оборудование и приборы применялись специалистами ООО «ГСК-Шахтпроект» (г. Москва) при обследовании вертикального шахтного ствола.

Выводы о результатах применения приборов неразрушающего и разрушающего контроля в стволе ВВС рудника «Удачный» АК «АЛРОСА»

Оценка состояния ствола ВВС производится в соответствии с требованиями РД 03-422-01 («Методические указания по проведению экспертных обследований шахтных подъемных установок», п.2.5. Обследование и оценка технического состояния шахтных стволов).

В дополнение к методике, описанной в РД 03-422-01, были произведены отборы кернов бетонной крепи ствола (с их последующими лабораторными испытания), а также применялись приборы неразрушающего контроля.

Наиболее точные показания, большую продолжительность работы в агрессивных условиях и надежность показал ультразвуковой прибор с визуализацией (дефектоскоп) ПУЛЬСАР-1.2. Данным прибором измерялась прочность бетонной крепи ствола.

Ультразвуковой измеритель прочности бетона ИПС-МГ4.03 выдавал более «смазанную» картину измерений и погрешности, так как поверхность бетона была покрыта высолами и прокорродировавшим слоем, который необходимо было предварительно зачищать.

Ультразвуковой томограф А1040 MIRA имел ограниченные возможности применения, ввиду влажности и шероховатости бетона крепи. Кроме того после намокания в зоне обводнения, он вышел из строя.

Ультразвуковой тестер UK1401 давал адекватные показания, но ввиду конструкции требовалось предварительно зачищать поверхность бетона.

Измеритель прочности бетона ОНИКС-ОС выдавал точные результаты измерений, даже с учетом влажной и агрессивной среды.

Буровая установка Husqvarna Construction работала без сбоев, с ее помощью были отобраны образцы из бетона крепи ствола (керны), которые были испытаны в лабораторных условиях.

Таким образом:

- обследование по методике, описанной в РД 03-422-01 позволило визуально определить общее состояние ствола и его геометрические характеристики;

- отбор кернов с определенным шагом позволил установить фактическое состояние крепи ствола на разных отметках;

- применение приборов неразрушающего контроля позволило выполнить массовые измерения и исследовать крепь ствола по всей его протяженности и площади с минимальным шагом и определить окончательную картину.

По результатам комплексного обследования крепи ствола специалистами ООО «ГСК-Шахтпроект» было выдано заключение, включающее:

- полный отчет о фактическом состоянии крепи и закрепного пространства;

- указаны основные негативные факторы и механизмы разрушения крепи;

- даны рекомендации по защите крепи от воздействия негативных факторов;

- даны рекомендации по восстановлению крепи.

Использование при проведении комплексного обследования стволов современного оборудования неразрушающего контроля, позволяет выявлять нарушения крепи шахтных стволов на ранней стадии их развития, в целом предотвращать аварийные ситуации и всегда иметь достоверные данные о состоянии эксплуатируемого объекта.

Обладая опытом комплексного обследования состояния горных объектов, а также собственным оборудованием и высококвалифицированными специалистами, наша компания предлагает данный вид обследования горным предприятиям.

Мы уверены в том, что обратившись к нам, Вы по достоинству оцените профессионализм сотрудников компании, удобство и качество предоставляемых услуг.

Фотографии бетонной крепи вертикального шахтного ствола при выполнении обследования

Инструментальное обследование дефектов