Проходка шахтных стволов реферат
Обновлено: 05.07.2024
Проходка шахтных стволов составляет небольшую долю в общем объеме работ при строительстве метрополитенов, однако быстрое и успешное ее проведение сокращает общие сроки строительства, поскольку через шахтные стволы осуществляется разворот основных подземных работ.
Рис. 96. Шахтный ствол:
1 — воротник; 2 — вертикальный ствол; 3 — сопряжение ствола с околоствольными выработками; 4 — зумпф
По назначению различают рабочие шахтные стволы и вентиляционные. Рабочие шахтные стволы служат только для строительных целей. После окончания строительства их забучивают (заполняют кладкой, засыпают грунтом). Вентиляционные стволы являются постоянными сооружениями метрополитенов.
В больших вертикальных выработках на внешние нагрузки лучше работают обделки кругового очертания. Шахтные стволы, используемые при эксплуатации метрополитенов как вентиляционные, находятся в условиях знакопеременных температур, и их обделки требуют особо надежной гидроизоляции. Этим определяется преимущественное применение для шахтных стволов обделок из чугунных тюбингов. Типовой наружный диаметр стволов при строительстве метрополитенов принят равным 6 м.
Шахтный ствол (рис. 96) состоит из верхней части — устья (форшахты) с воротником, основной части — вертикальной протяженной закрепленной выработки, сопряжения ствола с околоствольными выработками и нижней части — зумпфа.
Воротник представляет собой конструкцию кругового очертания из бетона или железобетона, которая надежно закрепляет верхние кольца ствола в грунте и воспринимает часть веса обделки. В воротнике иногда размещают специальное оборудование, используемое при проходке ствола. Он ограждает устье ствола от стока поверхностных вод.
Сопряжение ствола с околоствольными выработками выполняют в виде бетонного раструба.
Зумпф ствола располагают на 2-3 м ниже уровня подошвы околоствольного двора. Он служит временным водосборником.
Комплекс размещенного в стволе оборудования, необходимого для обслуживания подземных работ в продолжение всего периода строительства, и поддерживающих его устройств называют постоянным армированием ствола. Сечение ствола разделяется на клетьевое, лестничное и лесоспускное отделения, а также отделения для размещения трубопроводов и кабелей (рис. 97).
В состав постоянного армирования ствола входят расстрелы — основные поддерживающие устройства клетьевого подъема и обшивки отделений ствола, проводники — направляющие для клетьевого подъема, оборудование лестничного и лесоспускного отделений, одна или две вентиляционные трубы, трубопроводы для водоотлива, сжатого воздуха и воды, а также постоянные силовые, сигнальные и осветительные электрокабели.
Расстрелы устанавливают по высоте ствола через каждые 3 м и крепят непосредственно к обделке. Деревянные проводники прикрепляют к расстрелам болтами. Трубопроводы крепят к обделке ствола при помощи хомутов, а электрокабели — посредством специальных кронштейнов и скоб. Ускорить подготовку ствола для ведения дальнейших подземных работ позволяет выполнение возможно большей части работ по его армированию в процессе проходки.
Шахтные стволы пересекают обычно разнородные грунтовые напластования, в том числе слабые неустойчивые и обводненные грунты. Поэтому при проходке стволов используют разные способы и часто применяют специальные способы работ: замораживание грунтов, цементацию и другие виды закрепления грунтов, искусственное водопонижение.
Стволы сооружают с последовательным монтажом колец обделки в призабойной части выработки (подводкой колец снизу) или способом опускной крепи с наращиванием колец сверху.
Способ подводки колец снизу (обычный) применяют при сооружении стволов в природно-устойчивых или искусственно закрепленных грунтах.
Способ опускной крепи применяют при проходке стволов в слабых неустойчивых грунтах. Одной из разновидностей способа является проходка с задавливанием крепи. В этом случае обделку устья ствола, имеющую несколько больший диаметр, используют в качестве неподвижной опорной части, а опускную крепь собирают в пределах нижнего ее участка. Чтобы не допустить обнажений вертикальных стенок выработки и выпуска грунта в забое, в нижней части опускной крепи делают ножевое кольцо из листовой стали. Крепь погружают, вдаливая гидравлическими домкратами, которые устанавливают на верхние фланцы тюбингов очередного собранного кольца обделки с упором в пакеты из двутавровых балок, раскрепленных в обделку устья ствола.
Рис. 97. Сечение шахтного ствола:
1 — лестничное отделение; 2 — лесоспуск: 3 ooo— клетевое отделение (на две клети); 4 — отделение для трубопроводов и кабелей; 5 — вентиляционная труба
Способ опускной крепи получил дальнейшее развитие в виде способа погружения крепи в тиксотропной оболочке. Сущность его состоит в том, что в процессе погружения зазор между крепью и грунтом заполняют тиксотропным раствором, резко снижающим сопротивление трения. Тиксотропный раствор готовят из специальных видов глин. Он обладает способностью сохранять длительное время свои свойства, т. е. не расслаивается: в нем не выделяется осадок и не отделяется вода. Оказывая давление на стенки выработки, он предотвращает их обрушение или оползание.
Применение тиксотропной оболочки коренным образом усовершенствовало способ опускной крепи, обеспечило необходимую его надежность, снизило затраты времени на сооружение стволов, уменьшило трудоемкость работ, повысило производительность и улучшило условия труда проходчиков.
Необходимым условием применения опускной крепи является наличие водоупора под толщей проходимых неустойчивых грунтов.
Стволы с наращиванием обделки сверху на полную глубину обычно не проходят: преодолев толщу слабых неустойчивых грунтов, дальнейшую проходку в плотных грунтах ведут обычным способом с монтажом обделки подводкой колец снизу.
Из специальных способов по предварительному закреплению грунтов наибольшее распространение при сооружении стволов получило искусственное замораживание грунтов. Оно эффективно при проходке стволов в водонасыщенных песках, слабых глинистых грунтах и плывунах. Этот способ успешно применяют при ведении проходческих работ вблизи от зданий и сооружений, позволяя обеспечить их сохранность и безопасность работ.
Цементацию и глинизацию применяют при проходке стволов в сильнотрещиноватых скальных грунтах, хорошо проводящих воду, и в крупнообломочных (например, гравелистых) грунтах с большим притоком воды в забой.
Искусственное понижение уровня грунтовых вод для снижения притока воды при проходке стволов ведут при помощи пробуриваемых с поверхности скважин и глубинных насосов.
Проходка шахтных стволов составляет небольшую долю в общем объеме работ при строительстве метрополитенов, однако быстрое и успешное ее проведение сокращает общие сроки строительства, поскольку через шахтные стволы осуществляется разворот основных подземных работ.
Рис. 96. Шахтный ствол:
1 — воротник; 2 — вертикальный ствол; 3 — сопряжение ствола с околоствольными выработками; 4 — зумпф
По назначению различают рабочие шахтные стволы и вентиляционные. Рабочие шахтные стволы служат только для строительных целей. После окончания строительства их забучивают (заполняют кладкой, засыпают грунтом). Вентиляционные стволы являются постоянными сооружениями метрополитенов.
В больших вертикальных выработках на внешние нагрузки лучше работают обделки кругового очертания. Шахтные стволы, используемые при эксплуатации метрополитенов как вентиляционные, находятся в условиях знакопеременных температур, и их обделки требуют особо надежной гидроизоляции. Этим определяется преимущественное применение для шахтных стволов обделок из чугунных тюбингов. Типовой наружный диаметр стволов при строительстве метрополитенов принят равным 6 м.
Шахтный ствол (рис. 96) состоит из верхней части — устья (форшахты) с воротником, основной части — вертикальной протяженной закрепленной выработки, сопряжения ствола с околоствольными выработками и нижней части — зумпфа.
Воротник представляет собой конструкцию кругового очертания из бетона или железобетона, которая надежно закрепляет верхние кольца ствола в грунте и воспринимает часть веса обделки. В воротнике иногда размещают специальное оборудование, используемое при проходке ствола. Он ограждает устье ствола от стока поверхностных вод.
Сопряжение ствола с околоствольными выработками выполняют в виде бетонного раструба.
Зумпф ствола располагают на 2-3 м ниже уровня подошвы околоствольного двора. Он служит временным водосборником.
Комплекс размещенного в стволе оборудования, необходимого для обслуживания подземных работ в продолжение всего периода строительства, и поддерживающих его устройств называют постоянным армированием ствола. Сечение ствола разделяется на клетьевое, лестничное и лесоспускное отделения, а также отделения для размещения трубопроводов и кабелей (рис. 97).
В состав постоянного армирования ствола входят расстрелы — основные поддерживающие устройства клетьевого подъема и обшивки отделений ствола, проводники — направляющие для клетьевого подъема, оборудование лестничного и лесоспускного отделений, одна или две вентиляционные трубы, трубопроводы для водоотлива, сжатого воздуха и воды, а также постоянные силовые, сигнальные и осветительные электрокабели.
Расстрелы устанавливают по высоте ствола через каждые 3 м и крепят непосредственно к обделке. Деревянные проводники прикрепляют к расстрелам болтами. Трубопроводы крепят к обделке ствола при помощи хомутов, а электрокабели — посредством специальных кронштейнов и скоб. Ускорить подготовку ствола для ведения дальнейших подземных работ позволяет выполнение возможно большей части работ по его армированию в процессе проходки.
Шахтные стволы пересекают обычно разнородные грунтовые напластования, в том числе слабые неустойчивые и обводненные грунты. Поэтому при проходке стволов используют разные способы и часто применяют специальные способы работ: замораживание грунтов, цементацию и другие виды закрепления грунтов, искусственное водопонижение.
Стволы сооружают с последовательным монтажом колец обделки в призабойной части выработки (подводкой колец снизу) или способом опускной крепи с наращиванием колец сверху.
Способ подводки колец снизу (обычный) применяют при сооружении стволов в природно-устойчивых или искусственно закрепленных грунтах.
Способ опускной крепи применяют при проходке стволов в слабых неустойчивых грунтах. Одной из разновидностей способа является проходка с задавливанием крепи. В этом случае обделку устья ствола, имеющую несколько больший диаметр, используют в качестве неподвижной опорной части, а опускную крепь собирают в пределах нижнего ее участка. Чтобы не допустить обнажений вертикальных стенок выработки и выпуска грунта в забое, в нижней части опускной крепи делают ножевое кольцо из листовой стали. Крепь погружают, вдаливая гидравлическими домкратами, которые устанавливают на верхние фланцы тюбингов очередного собранного кольца обделки с упором в пакеты из двутавровых балок, раскрепленных в обделку устья ствола.
Рис. 97. Сечение шахтного ствола:
1 — лестничное отделение; 2 — лесоспуск: 3 ooo— клетевое отделение (на две клети); 4 — отделение для трубопроводов и кабелей; 5 — вентиляционная труба
Способ опускной крепи получил дальнейшее развитие в виде способа погружения крепи в тиксотропной оболочке. Сущность его состоит в том, что в процессе погружения зазор между крепью и грунтом заполняют тиксотропным раствором, резко снижающим сопротивление трения. Тиксотропный раствор готовят из специальных видов глин. Он обладает способностью сохранять длительное время свои свойства, т. е. не расслаивается: в нем не выделяется осадок и не отделяется вода. Оказывая давление на стенки выработки, он предотвращает их обрушение или оползание.
Применение тиксотропной оболочки коренным образом усовершенствовало способ опускной крепи, обеспечило необходимую его надежность, снизило затраты времени на сооружение стволов, уменьшило трудоемкость работ, повысило производительность и улучшило условия труда проходчиков.
Необходимым условием применения опускной крепи является наличие водоупора под толщей проходимых неустойчивых грунтов.
Стволы с наращиванием обделки сверху на полную глубину обычно не проходят: преодолев толщу слабых неустойчивых грунтов, дальнейшую проходку в плотных грунтах ведут обычным способом с монтажом обделки подводкой колец снизу.
Из специальных способов по предварительному закреплению грунтов наибольшее распространение при сооружении стволов получило искусственное замораживание грунтов. Оно эффективно при проходке стволов в водонасыщенных песках, слабых глинистых грунтах и плывунах. Этот способ успешно применяют при ведении проходческих работ вблизи от зданий и сооружений, позволяя обеспечить их сохранность и безопасность работ.
Цементацию и глинизацию применяют при проходке стволов в сильнотрещиноватых скальных грунтах, хорошо проводящих воду, и в крупнообломочных (например, гравелистых) грунтах с большим притоком воды в забой.
Искусственное понижение уровня грунтовых вод для снижения притока воды при проходке стволов ведут при помощи пробуриваемых с поверхности скважин и глубинных насосов.
Вскрытие месторождений во многих случаях осуществляют вертикальными стволами.
Они открывают доступ к рабочим горизонтам по кратчайшему пути, спуск и подъем грузов по ним наиболее удобен, и затраты на эти операции наименьшии. При большой глубине разработки вскрытие вертикальными стволами может быть единственно возможным. Примерно 95 % вертикальных стволов в крепких породах закреплены бетоном и имеют круглое поперечное сечение диаметром от 3 до 9 метров.
Работа содержит 1 файл
Документ Microsoft Office Word (3).docx
Федеральное агентство по образованию
вертикальных шахтных стволов
Выполнил:Булатова Л.И.
студент группы ПР - 07
Проверила: Бобринская Н.В.
Вскрытие месторождений во многих случаях осуществляют вертикальными стволами.
Они открывают доступ к рабочим горизонтам по кратчайшему пути, спуск и подъем грузов по ним наиболее удобен, и затраты на эти операции наименьшии. При большой глубине разработки вскрытие вертикальными стволами может быть единственно возможным. Примерно 95 % вертикальных стволов в крепких породах закреплены бетоном и имеют круглое поперечное сечение диаметром от 3 до 9 метров.
По глубине ствола выделяют несколько его частей .
Устье – верхняя часть ствола от земной поверхности до коренных (т.е. не затронутых разрушением) пород глубиной 10 – 30 м. Крепь устья одновременно служит фундаментом для надшахтных сооружений. Далее ствол делят на звенья длиной 10 – 40м каждое, на границе между которыми устраивают опорные венцы для поддержания крепи звена. На уровне рабочих горизонтов оборудуют сопряжения ствола с горизонтальными выработками. Нижняя часть ствола называется зумпфом и служит для сбора воды, поступающей в ствол, улавливания руды, просыпающейся из подъемных сосудов.
Проходку ствола ведут в несколько этапов.
Перед ее началом подготавливают территорию и оснащают промышленную площадку проходческим оборудованием. Для ускорения работ проходку устья ствола и его крепление с применением передвижного оборудования ведут одновременно.
Над устьем ствола устанавливают временный проходческий копер, с которого проходят устье и ствол на глубину около 60 – 80 м — так называемый технологический отход, необходимый для навески в стволе комплексов проходческого оборудования для последующей проходки. После завершения технологического отхода временный копер разбирают, а не его место надвигают и затем оборудуют основной проходческий копер, заблаговременно смонтированный. На этом начальный период проходки ствола, который длится от 6 месяцев до 1,5 года, заканчивается.
В дальнейшем в стволе монтируют проходческий полок, подвешиваемый к проходческой лебедке на поверхности. Это сложное сооружение состоит из двух и более этажей. Верхний этаж – предохранительный, он защищает забой ствола от падения случайных предметов и служит для натяжения направляющих канатов, по которым движутся подъемные сосуды. На нижних этажах размещают вентиляторы для проветривания забоя ствола, лебедки для забойного оборудования, промежуточные емкости для откачки воды.
С нижних этажей можно возводить постоянную крепь ствола. Под проходческим полком, над забоем, подвешивают агрегаты для бурения шпуров (если они используются) и погрузки взорванной массы, светильники и т. д. Проходческий полок снабжен гидродомкратами для фиксации его в стволе. В нем, кроме того, оборудованы отверстия для пропуска подъемных сосудов – бадей, огражденные раструбами, а также отверстия для пропуска вентиляционных и других труб, кабелей, спасательной лестницы, на которой поднимают в аварийных случаях проходчиков из забоя.
Когда проходческий полок смонтирован и оборудован, начинают проходку основной части ствола. Технология проходки состоит в отбойке горной массы с использованием буро-взрывных работ, уборке взорванной массы из забоя с выдачей ее в бадьях на поверхность и возведении постоянной крепи ствола .
В связи с необходимостью периодического взрывания пород проходческие работы организованы циклично. В каждом цикле работ последовательно выполняют отбойку, уборку породы и крепление ствола. За цикл (т. е. после каждого взрывания) забой ствола подвигается обычно на 2 – 3,5 м. Продолжительность цикла 2 – 4 смены. Работы ведут комплексные бригады, выполняющие все виды операций по проходке.
Буровзрывные работы. При проходке стволов в крепких породах они составляют 30 – 40 % всего времени проходки и требуют до 50 – 60 % трудовых затрат. Отбойку породы осуществляют шпурами глубиной от 1,5 до 3 м. Размещение шпуров в забое определяется в соответствии с проектным документом – паспортом буровзрывных работ (БВР). Так как стволы имеют круглое поперечное сечение, шпуры в забое располагают по нескольким концентрическим окружностям. Расстояние между соседними окружностями тем меньше, чем крепче породы, и составляет 0,6 – 0,9 м, такое же расстояние между шпурами на одной окружности. Оконтуривающие шпуры пробуривают на 10 – 20 см от стенок ствола, а расстояние между ними принимают на 20 % меньше, чем между другими шпурами. В центре поперечного сечения ствола располагают на окружности самого малого диаметра (обычно 1,7 – 2,3 м) так называемые врубовые шпуры. В отличие от других шпуров, перпендикулярных плоскости забоя, врубовые шпуры бурят под таким углом к плоскости, чтобы в глубине они сходились к центру сечения ствола. Назначение врубовых шпуров, взрываемых в первую очередь, заключается в создании дополнительной обнаженной поверхности в массиве, облегчающей его разрушение при взрыве других шпуров .
Шпуры бурят ручными перфораторами массой 22 – 30 кг. Разметку шпуров в забое производят с помощью специальных круговых шаблонов в виде штанги, вращающейся вокруг оси, вставленной в шпур в центре поперечного сечения ствола.
В настоящее время находят широкое применение установки для механизированного бурения шпуров в стволах с использованием одновременно нескольких бурильных машин. Бурильные установки подвешивают к проходческому полку и применяют в комплексе с породопогрузочными машинами.
Для инициации шпуров используют патронированные прессованные взрывчатые вещества (ВВ) типа аммонита или жидкие льющиеся ВВ типа акванита. При использовании последних шпуры заряжают с применением специальных установок, повышающих производительность труда проходчиков на заряжании в 2 – 2,5 раза по сравнению с ручным заряжанием шпуров патронированными ВВ.
Для возбуждения взрыва заряда шпуров в стволах используют только электрическое инициирование посредством электродетонаторов от сети с напряжением. 220 – 380 В.; Перед взрыванием все механизмы поднимают из забоя к проходческому полку.
После взрывания ствол проветривают одним вентилятором, нагнетающим свежий воздух по трубам в забой, или используют комбинированный способ проветривания: двумя вентиляторами, один из которых нагнетает в забой свежий воздух, поступающий по стволу, а второй – отсасывает загрязненный воздух, который по металлическим трубам диаметром до 1 м отводится на поверхность. В глубоких стволах второй способ наиболее приемлем, так как позволяет сократить время проветривания с 1 ч до 20 мин.
По окончании проветривания обирают незакрепленные стенки ствола от заколов, ремонтируют поврежденную временную крепь и т. д., затем начинают уборку породы.
Уборка взорванной породы. Она заключается в механизированной погрузке породы в бадьи и подъеме на поверхность. В стволах, проходимых в крепких породах, время и трудозатраты на ее уборку составляют соответственно 30 – 50 % и 40 %.
При проходке неглубоких стволов или стволов небольшого (до 4,5 м) диаметра для погрузки взорванной породы применяют грейферные пневматические погрузчики с ручным вождением типа КС-3. Пневмопогрузчик состоит из шестилопастного грейфера, пневмоподъемника и водила с рукоятками.
В стволах с большой площадью поперечного сечения все шире применяют породопогрузочные машины с механизированным вождением и грейфером вместимостью до 1м3. Эти машины монтируются под проходческим полком, и управляет ими машинист из кабины. В настоящее время созданы образцы погрузочных машин, оборудованных ковшом на стреле. Иногда для уборки породы в стволе применяют ковшовые погрузочные машины на гусеничном ходу.
Крепление стволов. Наиболее распространенным, экономичным и наименее трудоемким является крепление монолитным быстротвердеющим бетоном. Бетон подают в ствол по трубам, поэтому крепление почти полностью механизировано. Толщина бетонной крепи составляет 0,2 – 0,3 м.
Для возведения крепи из бетона применяют передвижную металлическую опалубку высотой до 4 м.
Если стволы пройдены в крепких устойчивых породах, крепление можно осуществлять без опалубки, набрызгивая бетон на стенки слоем толщиной 8 – 15 см.
Для борьбы с водопритоками применяют откачку воды из забоя, улавливание и откачку на поверхность воды, стекающей по стенкам ствола, а также предварительную (опережающую) цементацию пород на обводненных участках.
При небольших притоках в забой (до 8 – 10 м3/ч) воду откачивают забойными насосами в бадьи и выдают на поверхность вместе с породой. При больших притоках ее откачивают на поверхность по трубам. Если глубина ствола значительная, то по его длине устраивают перекачные насосные станции.
Процессом, завершающим строительство ствола, является его армирование, т. е. создание в стволе по всей его длине пространственной стержневой системы для обеспечения направленного движения подъемных сосудов с заданной скоростью. Элементы армировки используют для закрепления проходящих по стволу труб и кабелей различного назначения, оборудования в стволе ходовых отделений, оснащенных лестницами для аварийного выхода людей на поверхность.
Основные конструктивные элементы армировки – расстрелы и проводники. Расстрелы – балки (металлические, реже железобетонные и деревянные), расположенные в одной горизонтальной плоскости (ярусе), закрепленные в стенках ствола и при необходимости жестко соединенные между собой. Ярусы расстрелов располагают по длине ствола через несколько метров. Расстрелы делят поперечное сечение ствола в плане на несколько отделений, число и размеры которых зависят в первую очередь от числа и поперечного сечения используемых в стволе подъемных сосудов. Проводники – непрерывные вертикальные плети, составленные из отдельных деревянных брусьев или металлических профилей, прикрепленных к расстрелам в каждом ярусе. Они служат для обеспечения строго направленного движения в стволе подъемных сосудов (по ним скользят направляющие устройства этих сосудов – скипов или клетей).
Армирование ствола для большей безопасности и для повышения производительности труда обычно осуществляют после завершения проходки.
Имеется так называемое эластичное армирование. Расстрелы при этом не устанавливают, а проводниками являются канаты, натянутые посредством грузов в зумпфе ствола. На каждый подъемный сосуд навешивают, как правило, по четыре проводниковых каната, а между движущимися сосудами – еще и отбойные канаты для предотвращения столкновения или зацепления этих сосудов при движении. Эластичное армирование применяют, если скорость подъемных сосудов не превышает 12 м/с.
Специальные способы проходки стволов применяют в сложных гидрогеологических условиях. Наиболее широко используют проходку с замораживанием неустойчивых водонасыщенных пород (плывунов), а также проходку с предварительным тампонированием (цементацией или битумизацией) сильно трещиноватых водонасыщенных пород. В обоих случаях основной целью является ограждение забоя ствола от больших притоков воды, а при замораживании – еще и повышение устойчивости пород. К специальным способам проходки может быть отнесено также бурение шахтных стволов.
При проходке с замораживанием вокруг ствола по окружности бурят скважины на расстоянии 0,8 – 1,1 м друг от друга. В них опускают трубы, по которым с поверхности накачивают в скважины рассол (насыщенный раствор солей), охлажденный до отрицательной температуры – 20° – 25 °С. Рассол, нагретый породами, из скважины по кольцевому пространству между трубой и стенками скважины вытесняется на поверхность, где охлаждается вновь (например, с помощью жидкого аммиака), после чего опять нагнетается в скважины. Постепенно отбирая тепло у пород, рассол охлаждает и затем замораживает их до температуры около -10 °С. Вокруг ствола, таким образом, создается стенка из замороженной породы – ледопородный цилиндр, предел прочности которого на сжатие может достигать 10 – 15 МПа. Процесс замораживания пород до нужной температуры длится несколько недель.
После возведения ледопородного цилиндра под его защитой начинают проходку ствола. Технология проходки отличается от обычной тем, что выемку породы осуществляют, как правило, механическим способом с использованием пневматического инструмента (например, отбойных молотков). Буровзрывные работы производят редко и с осторожностью, чтобы не нарушить сплошность ледопородной стенки. Для крепления применяют обычно быстротвердеющий бетон, подогретый до 25 – 30°С, или чугунные тюбинги.
Когда проходка ствола завершена, замороженные породы оттаивают подогретым рассолом, подаваемым в те же скважины. Скорость оттаивания не должна превышать 2 – 3°С в сутки, чтобы не вызвать опасных деформаций крепи.
Параметры и способы проходки стволов. Как правило, стволы разведочных шахт имеют прямоугольное сечение, крепятся деревом. Однако имеются примеры проходки круглых стволов, закрепленных бетоном. Эксплуатационные стволы в большинстве случаев имеют круглое сечение (рис. 145). Площадь поперечного сечения ствола зависит от типа, размеров и количества подъемных сосудов и размеров крепи. Обычно площадь поперечного сечения стволов разведочных шахт выбирают в пределах от 6 до 20 м2. Размеры поперечного сечения стволов определяют графически с учетом регламентируемых правилами безопасности размеров лестничных отделений и зазоров между подъемными сосудами, расстрелами и крепью. Рекомендуемые сечения разведочных прямоугольных стволов приведены в табл. 45.
Площадь поперечного сечения стволов проверяют на допустимую скорость движения воздуха. Она не должна быть больше 8 м/с в стволах, служащих для спуска и подъема людей и грузов, и 15 м/с в вентиляционных стволах, не оборудованных подъемом. Если при рассчитанной площади сечения ствола скорость движения воздуха превышает указанные пределы, то размеры сечения увеличивают. Площадь поперечного сечения стволов разведочных шахт на допустимую скорость движения воздуха, как правило, не проверяют, потому что даже при сквозном проветривании больших комплексов подземных разведочных выработок скорости движения воздуха в стволах сравнительно невелики.
Глубина стволов разведочных шахт меняется в сравнительно широких пределах, достигая в отдельных случаях 400 м и более.
Способы проходки и крепления стволов. Стволы шахт проходят в рыхлых сухих или обводненных покровных отложениях и в коренных породах, характеризующихся обычно достаточно высокой крепостью и устойчивостью; коренные породы могут также иметь различную обводненность.
В зависимости от физико-механических свойств и обводненности пород различают обычные и специальные способы сооружения стволов шахт. Обычные способы имеют наибольшее распространение в практике строительства горных предприятий и тем более горноразведочных работ. Специальные способы характеризуются повышенными затратами, своеобразной технологией и механизацией работ; для проходки стволов разведочных шахт пользуются наиболее простыми из них.
Проходка и крепление стволов обычным способом. Сооружению ствола шахты предшествуют подготовительные работы: устройство подъездных путей; расчистка от леса, кустарника, валунов и планировка промышленной площадки; отвод поверхностных вод; сооружение устья ствола; установка копра; строительство зданий и сооружений; энергообеспечение, водоснабжение; монтаж оборудования на поверхности и выполнение противопожарных мероприятий.
Работы по проходке устья ствола обычно начинают до сооружения копра. После инструментальной разбивки осей ствола с установкой реперов укладывают раму-шаблон и начинают выемку породы. Глубина устья составляет не менее 4—5 м для обеспечения надежной опоры для башмака крепи. При небольшой глубине порода может выдаваться перекидкой на полки, в других случаях — с использованием автокранов с грейфером и бадьей. Устье ствола должно быть закреплено несгораемым материалом — бетоном или железобетоном (рис. 146).
Устье неглубоких разведочных стволов разрешается крепить деревом, покрываемым слоем торкретбетона. Над устьем устанавливают основную проходческую раму, служащую для перекрытия устья и навески ляд над проемами, устраиваемыми для пропуска бадей. После устройства и оборудования основной рамы монтируют копер. Вокруг устья на уровне основной проходческой рамы между опорами копра сооружают нижнюю площадку, тщательно утрамбованную и выровненную. Нижняя площадка служит для погрузки и выгрузки из бадей леса, оборудования, материалов; спуска и подъема людей. Над ней на копре сооружают верхнюю площадку для разгрузки бадей с породой (рис. 147).
Проходческие работы разделяют на основные: выемка породы, возведение крепи, армирование ствола и производственноподсобные: оборудование подъема, вентиляции, водоотлива, освещения и сигнализации.
В связи со значительным объемом работ и их стационарностью при проходке разведочных стволов появляется возможность использовать более совершенную и мощную технику. Процесс сооружения эксплуатационных стволов (особенно большого сечения и проходимых на значительную глубину) полностью механизирован. Все проходческие операции выполняются машинами, характеризующимися высокой производительностью. При этом особое значение для технико-экономических показателей проходки и крепления стволов приобретает организация основных и производственно-подсобных работ, а также вспомогательного обслуживания.
Средняя скорость проходки ствола является одним из основных показателей организационно-технического уровня ведения горно-проходческих: работ.
Наиболее энергоемкими являются операции, связанные с выемкой породы (отбойка, погрузка и выдача породы из ствола). Рыхлые и мягкие породы отделяют от забоя и грузят в бадью лопатами или грейфером механического грузчика; более плотные породы рыхлят отбойными молотками и пневмоломами; скальные породы отбивают буровзрывным способом.
Шпуры обычно бурят тяжелыми ручными перфораторами, механизация процесса бурения достигается при применении бурильной установки с двумя-четырьмя бурильными машинами. Одна из конструкций бурильных установок, предназначенная для бурения шпуров в неглубоких стволах, показана на рис. 148.
Шпуры заряжают аналогично с выполнением этой операции в забоях шурфов. На ней заняты один или два взрывника и проходчики, имеющие Единую книжку взрывника.
Взрывание — электрическое детонаторами мгновенного или короткозамедленного действия. При большом количестве шпуров взрывание обычно осуществляется от электрической сети.
В процессе проходки стволов (в основном эксплуатационных): часто используют так называемую временную крепь, предназначенную для поддержания стенок выработки в призабойном пространстве вплоть до возведения постоянной крепи.
Временная крепь представляет собой обычно разборные кольца из швеллерной стали с затяжками, подвешиваемые в незакрепленной части ствола.
При проходке стволов круглого сечения получают распространение специальные проходческие комплексы КБ-1, КС-5, КС-2У, КС-6, КС-7 и др. Комплексы оборудования состоят из подвесного проходческого полка, механических грузчиков, установок для бурения шпуров, оборудования для самоопрокидывающихся бадей, створчатой опалубки с оборудованием для спуска бетонной смеси.
Проходку ствола ведут с разделением его (по глубине) на участки, называемые звеньями. При применении временной крепи породу в пределах звена вынимают с поддержанием стенок выработки этой крепью, затем выемку породы прекращают и на всю длину звена взамен временной крепи возводят постоянную.
Различают следующие технологические схемы проходки стволов: последовательную, параллельную и совмещенную. Последовательная схема (рис. 149, а, б) характеризуется проходкой ствола на глубину звена и прекращением работ по выемке породы для возведения (взамен временной) постоянной крепи. Этот метод, широко применявшийся ранее, в настоящее время имеет ограниченное применение, так как ему присущи существенные недостатки, основным из которых является периодическое прекращение работ по выемке породы. При этой схеме скорость проходки составляет 15—25 м/мес; максимальная достигнутая скорость составила 62 м/мес.
Параллельная схема (рис. 149, в) характеризуется одновременным производством работ в двух звеньях по выемке породы (в нижнем звене) и возведению постоянной крепи (в звене, располагающемся над нижним). Постоянную крепь возводят с предохранительного полка. Эта схема широко применяется в настоящее время; средняя скорость проходки стволов составляет 40 м/мес; максимальная скорость составила 202 м/мес. В некоторых случаях временную крепь при параллельной схеме заменяют щитом-оболочкой. При этом представляется возможным одновременно в пределах одного звена вынимать породу и возводить постоянную крепь.
При параллельной схеме с применением щита-оболочки достигаются рекордные скорости проходки стволов (до 390 м/мес).
Совмещенная схема проходки характеризуется производством работ по выемке породы и возведению постоянной крепи непосредственно в забое; при совмещенной схеме временную крепь не устанавливают.
На рис. 149, г показана совмещенная схема проходки ствола, закрепляемого монолитным бетоном.
Совмещенная схема проходки осуществляется также при креплении стволов разведочных и эксплуатационных шахт деревом.
Совокупность работ по оборудованию ствола расстрелами, направляющими проводниками и лестницами, монтажу трубопроводов и прокладке кабелей называют армированием. Армирование может производиться по последовательной схеме — после полного окончания проходки ствола или одновременно с его сооружением при совмещении с операциями выемки породы и возведения постоянной крепи.
Средняя скорость проходки разведочных стволов в настоящее время составляет около 20 м/мес; максимальная достигнутая скорость превышает 60 м/мес. Опишем одну из рекордных проходок разведочных стволов. В одной из экспедиций Министерства геологии России бригада А.Н. Колташева обеспечила месячную проходку 63,5 м ствола прямоугольной формы с площадью поперечного сечения 13,8 м2 (с проектной глубиной 122 м) по крепким породам, относящимся к XVIII категории. Комплексная проходческая бригада, состоящая из 17 чел., работала, разделившись на звенья, по непрерывному графику — в сутки четыре шестичасовые смены. Обуривание забоя 4—6 перфораторами ПР-30ЛУ занимало 45—60 мин (глубина шпуров составляла 1,5—1,7 м, число в комплекте 56), зарядка шпуров производилась проходчиками-взрывниками. Забой проветривали вентилятором СВМ-6М по нагнетательной схеме. Породу убирали грейферным грузчиком КС-3 в бадьи емкостью 0,75 м3. После уборки из забоя основной массы разрыхленной взрывом породы довольно значительное время затрачивалось на зачистку забоя с использованием отбойных молотков. График организации этих работ приведен на рис. 150.
Работы по возведению сплошной венцовой крепи и армированию производили после проходки ствола на 7 м (расстояние между основными венцами) примерно за одни сутки.
Проходка ствола за сутки с учетом крепления и армирования составляла 2,04 м, или на одного проходчика в месяц 3,73 м.
При проходке ствола до глубины, на которой проектируется проведение комплекса горизонтальных разведочных или эксплуатационных выработок (разведочный или эксплуатационный горизонт), приступают к проходке выработок околоствольного двора. Сопряжение выработок околоствольного двора со стволом оформляется в виде камерной выработки, имеющей несколько большие размеры по сравнению с транспортными горизонтальными выработками (для удобства работ по замене груженых вагонеток на порожние, транспортировки оборудования и материалов, спуска и подъема людей). Работы по сопряжению ствола с околоствольным двором называют раосечкой околоствольного двора; их ведут непосредственно из ствола.
Опорный венец постоянной крепи сооружают на высоте 2—5 м от кровли выработки сопряжения (опорные пальцы этого венца располагают, в отличие от других венцов, не по короткой, а по длинной стороне).
В тех случаях, когда стволы проходят с одного разведочного или эксплуатационного горизонта на другой, располагающийся на большей глубине, этот процесс, в отличие от проходки, называют углубкой ствола. Процесс углубки стволов идентичен с процессом их проходки.
Специальные способы проходки стволов. Проходка стволов обычным способом в неустойчивых, водообильных и плывучих породах обычными способами во многих случаях становится дорогим, непроизводительным, опасным или просто неосуществимым процессом. В этом случае применяют специальные способы проходки.
Среди специальных способов можно выделить следующие: проходка стволов со специальной крепью, проходка с изоляцией выработки от воды, находящейся в окружающем породном массиве, и бурение стволов.
Проходку стволов со специальной забивной и опускной крепью применяют при пересечении выработкой плывунов. Рассмотрим проходку, осуществляемую с деревянной забивной крепью.
В стволе прямоугольного сечения, проходимом обычным способом и закрепляемым, допустим, сплошной крепью, устанавливают, не доходя 0,5 м до водоносных неустойчивых пород, опорный венец, внутри которого укладывают направляющую раму. В зазор между венцом и рамой по периметру последней устанавливают в вертикальном положении брусья (сваи) длиной до 2 м, шириной 150—200 мм и толщиной 50—100 мм, заостренные внизу, снабженные металлическими оголовниками сверху и плотно при помощи пазов соединяемые с соседними брусьями. Установленные по всему периметру рамы брусья забивают в породу; по мере забивания свай породу из забоя вынимают. Для упрочнения стенок выработки, образуемых забиваемыми брусьями, через 0,7—1 м (по вертикали) устанавливают раскрепляющие рамы. При пересечении водоносных пород укрепляют опорный венец и вновь переходят на венцовую крепь.
При использовании металлической забивной крепи ствол проходят круглой формы; в породу забивают сваи из стального проката — двухтавровые, швеллерные и специальные шпунтовые. Длина свай в зависимости от их профиля может достигать 15—35 м.
Помимо забивной при наличии валунов применяют опускную крепь, обычно представляющую бетонитовое, железобетонное или тюбинговое кольцо, снабженное внизу режущим башмаком и погружающееся в водоносную неустойчивую породу под влиянием собственного веса или с принудительным задавливанием (гидравлическими домкратами).
К специальным способам относят проходку стволов в неустойчивых водоносных породах с искусственным понижением уровня подземных вод. Водоносные породы обычно дренируют откачкой воды через скважины, расположенные вокруг проходимого ствола на расстоянии до 10 м или в некоторых случаях пробуренные внутри сечения ствола.
Изоляция проходимых стволов от подземных вод может достигаться замораживанием и тампонированием пород.
При проходке с замораживанием пород с земной поверхности вокруг запроектированного ствола бурят серию сближенных скважин глубиной, несколько большей необходимой глубины замораживания. В скважины опускают два става труб, входящих один в другой; по внутренним трубам в скважину от замораживающей станции, расположенной на поверхности около устья, поступает охлаждающий рассол (раствор СаСl2). По кольцевому межтрубному пространству рассол поднимается на поверхность, охлаждая породу стенок скважины.
В процессе прокачки рассола по замораживающим трубам вокруг них образуются льдопородные цилиндры, увеличивающиеся постепенно в диаметре и сливающиеся между собой в конечном счете в полный льдопородный цилиндр вокруг ствола. При образовании сплошного льдопородного цилиндра начинают проходку ствола, продолжая замораживание в режиме, соответствующем сохранению параметров образованного льдопородного цилиндра.
Взрывная отбойка разрешается только при устойчивых (в талом состоянии) породах.
После сооружения ствола прекращают замораживание пород и осуществляют обычно искусственное оттаивание пород, подавая в трубы скважин постепенно нагреваемый рассол.
При .проходке ствола в пористых трещиноватых водоносных породах, для прекращения или снижения водопритока в выработку, породные поры и трещины заполняют водонепроницаемым материалом. Этот процесс называют тампонированием. Тампонирование может осуществляться при цементации, глинизации и битумизации пород; наибольшим распространением пользуется цементация пород. Ее можно проводить с поверхности, при бурении скважин вокруг запроектированного ствола или из забоя уже проходимого ствола (при бурении скважин в забое через породный целик или тампонажную подушку, отделяющую забой от тампонируемых пород). Цементный раствор в скважины нагнетают под давлением, на 1—2 кгс/см2 выше гидростатического.
По завершению тампонажных работ приступают к проходке ствола обычным способом с буровзрывной отбойкой пород.
Бурение стволов шахт, как и бурение шурфов, является наиболее прогрессивным способом проходческих работ, позволяющим выполнять все основные производственные операции без присутствия людей в стволе.
В настоящее время стволы небольшого диаметра (до 2,5 м), обычно используемые в качестве вентиляционных выработок, проходят буровым способом в породах крепостью до 12. Стволы диаметром 3,6 м бурят в породах крепостью 6—8; стволы большого диаметра бурят только в водоносных некрепких породах в тех случаях, когда другие способы проходки трудно осуществимы.
Установки для бурения стволов делят на установки оплошного, кернового и комбинированного (сплошного и кернового) бурения. Различают установки с приводом, расположенным на поверхности, и с призабойным расположением привода. Одна на установок комбинированного бурения с приводом, расположенным на поверхности, показана на рис. 151.
Читайте также: