Сооружение шахтных стволов в обычных горно – геологических условиях

Сооружение стволов всегда выполняется поэтапно:

1. Подготовительный период, включающий все работы на строительной площадке до начала сооружения ствола (энергоснабжение, транспорт, водоснабжение, энергомех. оснащение, строительство основных горнотехнических зданий  и сооружение устья ствола)-(27%)
2. Собственно сооружение ствола, т.е работы по выемке породы и возведению постоянной крепи.(45%)
3. Проведение выработок околоствольного двора, сопрягающихся со стволом.(рассечка околоствольного двора-7%)
4. Армирование ствола, т.е установка расстрелов, лестниц, труб, кабелей.(8%)
5. Переходный период от сооружения ствола к проведению выработок на рабочем горизонте. (переоснащение – 13%)

До начала ведения работ по строительству шахты подготавливают целый ряд важных документов по финансированию строительства, отвода земельных участков, разрешений ведения работ. Работы начинают согласно с проектом организации строительства шахты в целом и отдельных объектов, в котором указывается продолжительность строительства шахты, эффективное распределение капиталовложений  и объёмов строительно-монтажных работ. Должны быть разработаны рабочие чертежи и все мероприятия по ТБ и охране труда.

Работы подготовительного периода, сооружение устья стволов.

Подготовительным периодом при строительстве шахты называют период времени, затрачиваемый на производство строительно-монтажных работ, предшествующих сооружению стволов.

--Уточнение геологических и гидрогеологических условий строительства. (положение водоносных горизонтов, возможных притоках воды) на основании полученных данных устанавливают способы проходки и крепления ствола на различных участках.

-Планировка строительной площадки (в соответствии с  проектом генерального плана –размещение отвалов породы и отводов воды с учётом рельефа местности) 300х500 м расчищают, подводят временные линии электропередач, связи и водоснабжения.

-- Устройство подъездных путей (могут быть временными или закладыв. как постоянные. Производят сооружение шоссейных дорог и подъездных ж\д путей, которые предпочтительнее, т.к кол-во и объём грузов  в первый период велик)

-- Строительно-монтажные работы ( строительство АБК, складов ,монтаж и сборка основного надшахтного здания – копра, подъёмных машин, вентиляторного оборудования и компрессорной станции).

В подготовительный период строительства шахты организуется маркшейдерская служба, которая производит геодезические и маркшейдерские работы: разбивка и вынесение осей стволов, угловых точек, разбивка фундаментов под оборудование.

Устье ствола сооружают по двум схемам производства работ:

--- до монтажа копра и подъёмных машин, т.е на временном оборудовании;

--- после монтажа  подъёмных машин, а также копра и полного его оснащения.

По первой схеме работы осуществляются следующим образом. После контрольного бурения скважин приступают к выемке породы открытым способом, т.е при помощи экскаваторов роют котлован на глубину 4-5м. затем возводят монолитную бетонную или ж-б крепь.

После  закрепления верхней части устья приступают к установке на ней временной рамы-шаблона из прочных деревянных брусьев или металлических балок. Внутренние размеры рамы-шаблона соответствуют принятому сечению ствола в проходке. Она служит для контроля за сохранением сечения ствола и подвески элементов временной крепи.

Проходку осуществляют с помощью передвижного комплекса оборудования:

автокран с пневмопогрузчиком (или независимый грейферный грузчик), передвижной разгрузочный бункер (или станок для разгрузки подъёмных сосудов), В качестве подъёмного сосуда используется проходческая бадья, бочкообразной формы, типа БПС—бадья проходч., самоопрокидыв. при разгрузке (0,75 – 6,5м ³),  бадья навешивается к подъёмному канату с помощью прицепного устройства, позволяющего быстро прицеплять и отцеплять бадью. Бадью на поверхности разгружают в бункер, откуда породу транспортируют в отвал автосамосвалами.

Отделение породы от массива осуществл. с помощью отбойных молотков. По мере выемки породы возводят крепь из монолитного бетона с помощью подвесной передвижной опалубки. Воду откачивают забойным насосом. После проходки и крепления устья ствола  на уровне земной поверхности его перекрывают ОСНОВНОЙ проходческой рамой.

По второй схеме проходке устья ствола работы осуществляются следующем способом: Одновременно с монтажом проходческого копра на месте закладки ствола на глубину 3-4м. отрывают котлован, который закрепляют монолитной ж\б крепью. Затем монтируют основную проходческую раму и приступают к работе по дальнейшей проходке устья ствола с подъёмом породы проходческой машиной.

Конструкцию и размеры основной проходческой рамы определяют в зависимости от габаритов и размещения проходческого оборудования в стволе. Проходческая рама изготавливается из двутавровых балок, которые скрепляют с бетонной крепью устья ствола болтами или скобами. Поверх балок укладывают деревянные брусья, к которым сверху прибивают обрезные доски толщиной 5-7мм. В результате образуется настил, плотно перекрывающий всю площадь поперечного сечения ствола. Для пропуска проходческого оборудования в раме предусматривают окна, которые закрываются 2-х створчатыми крышками с шарнирами, называемыми лядами. Ляды откр. и закр. мех. приводом

Сопоставляя рассмотренные схемы сооружения устья стволов, можно установить, что при использовании временного (кранового) оборудования ср месячная скорость составляет  15-20 м. При сооружении устья на основном оборудовании, применяемом при сооружении ствола –30м\мес. Следовательно, схема №2 более целесообразна, чем схема №1.

Технологические схемы сооружения шахтных стволов

Проходческие работы (при буровзрывном способе отбойки) можно разделить на следующие процессы:

бурение шпуров,

 заряжание их,

взрывание зарядов,

проветривание и приведение забоя в безопасное состояние, погрузка породы,

возведение крепи,

выполнение вспомогательных операций, необходимых для производства основных.

Эти процессы определяют проходческий цикл.

По их завершению забой ствола шахты углубляется на полезную глубину шпуров, и работы возобновляются в той же последовательности.

При сооружении ствола в коренных породах в ствол опускают подвесной проходческий полок. Полки изготавливают сборно-разборной конструкции. Этажные площадки полка (может быть до 5-ти этажей) должны иметь проёмы для пропуска бадей, насоса и др оборудования, которые должны совпадать с проёмами основной проходческой рамы и верхней разгрузочной площадкой копра. Проёмы для бадей должны ограждаться раструбами не менее 1,6 м над этажной площадкой. Для укрепления в стволе полки оборудуются гидрораспором. На полке располагается основное проходческое оборудование – бурильные машины или комплексы по бурению и уборке породы (при буровзрыном способе проходке) или проходческие комбайны (при механич способе проходке).

Подъём при проходке стволов.

Подъёмные установки при сооружении стволов существенно отличаются от постоянных установок на эксплуатационных шахтах. При сооружении стволов применяют 2-х и одно концевые подъёмные установки.

При 2-х концевом подъёме:

В работе находятся три бадьи –1(гружёная) движется вверх, 2(порожняя) –вниз, 3—находится в забое ствола под загрузкой. На верху одна разгружается, а внизу происходит обмен пустой на заполненную. И повторяется.

При одно концевом подъёме:

В движении  находиться одна бадья, которая разгружается на поверхности путём опрокидывания без отрыва от подъёмного каната. В это время в забое происходит загрузка второй бадьи, которая будет прицеплена к подъёмному канату по прибытии порожней бадьи в забой.

2-х концевые подъёмы применяют для проходки стволов значительной глубины и большого поперечного сечения.

Выбор и расчёт производительности бадейного подъёма мы будем изучать на следующих занятиях по подготовке к курсовому проектированию.

В зависимости от организации работ по выемке породы и способа крепления применяют следующие основные схемы проходки стволов: последовательную, параллельную и совмещённую.

Проведём сравнительную оценку:

При последовательной схеме проходки весь ствол разбивается на участки-звенья, высота которых зависит от вида крепи. . СР высота звена 30-40м., а при крутом падении 25м. В каждом звене (начиная с верхнего) производят вначале выемку породы, а затем снизу вверх возводят постоянную крепь на полную высоту звена. При выемке породы применяют временную крепь. Непосредственная  углубка ствола периодически останавливается на время, необходимое для возведения постоянной крепи. При переключении работ с выемки породы на возведение постоянной крепи затрачивается время на устройство опорных венцов, что удлиняет сроки сооружения ствола.

(Рекомендуется применять только для неглубоких шахт –до 200м , шурфов диаметром  до 4м и устьев стволов)

При параллельной схеме работы по выемке породы и возведению крепи ведут параллельно в двух смежных звеньях . После того, как забой ствола продвинется на 10-12м ниже горизонта, предназначенного для начала возведения постоянной крепи, выемку породы прекращают и на границе звеньев устанавливают неподвижный предохранительный полок с которого начинают возведение постоянной крепи.

Одновременно (в след звене) возобновляют дальнейшую выемку породы. Обязательное условие при ведение работ одновременное окончание работ по выемке породы и возведению пост крепи, что не всегда возможно обеспечить (уборка длиться дольше).

Происходят частые задержки, связанные с началом возведения постоянной крепи в каждом звене. (Широко применялась в 50-х годах, была основной, в наст время примен, как исключение)

Совмещенная схема сооружения стволов  предусматривает выполнение операций по выемке породы и возведению постоянной крепи в одном звене. Она обеспечивает наиболее простую организацию работ и значительно более высокую производительность труда, чем при предыдущих схемах. Она может применяться при любых породах, диаметрах и глубинах стволов.

Способы возведения постоянной крепи.

В качестве постоянной крепи для шахтных стволов широко применяется монолитная бетонная крепь (85%) из быстротвердеющего бетона

Возведение монолитной бетонной крепи при последовательной схеме сооружения ствола.

Крепь возводят от границы принятых звеньев, начиная с опорного венца (для чего служит опорный венец?- для восприятия веса расположенной выше крепи и препятствуют её оседанию). Перед началом работ по возведению крепи в стволе устраивают помост. На помосте после проверки его горизонтальности устанавливают (по отвесу) опалубку для бетонирования. Бетонную смесь доставляют в бадьях, а затем разгружают в бункер на верхнем этаже пр полка, откуда бетонная смесь по наклонным решёткам поступает за опалубку. Толщина слоя 15-20см.

Возведение монолитной бетонной крепи при параллельной схеме сооружения ствола.

При возведении крепи применяют металлическую опалубку высотой 1-1,5 м, изготавливаемую из листовой стали толщиной 3-5 мм. Опалубка устанавливается на настиле  одноэтажного полка. После укладки бетона на высоту одного кольца опалубки работы в забое ствола возобновляют, и дальнейшее бетонирование в верхнем смежном звене осуществляется параллельно с ними.

Возведение монолитной бетонной крепи при совместной схеме производства работ.

Возведение крепи осуществляется одновременно с сооружением ствола, для этого требуется спец конструкция передвижной опалубки. Разработано несколько конструкций передв опалубок. В рабочем положении опалубка представляет собой цилиндр (диметром 4,5—8,5м. и высотой 3,4 –5м), состоящая из 12-20 створок, изг. из листовой стали и усиленных уголками.

Порядок работ по возведению бетонной крепи при совмещённой  технологической схеме следующий.

Перед взрыванием шпуров металлическая передвижная опалубка находится на высоте 1,5 –2 м от забоя. После взрывания порода занимает весь объем между забоем и опалубкой и частично в зоне опалубки. При погрузке породы, когда опалубка будет полностью освобождена от породы, её отрывают от крепи и по мере погрузки опускают. При этом опалубка выполняет роль временной крепи. Когда опалубка будет опущена на полную высоту, погрузка породы приостанавливается, под её нижнюю часть подсыпается мелкая порода. Затем опалубка раскрепляется и производиться укладка бетона на высоту 1-1,5 м. Через час после набора бетоном необходимой прочности приступают к дальнейшей погрузке породы с одновременной укладкой бетона за опалубку.

Расход времени на производство всех работ по бетонированию:

Отрыв опалубки – 20 мин.

Передвижка опалубки – 10 мин

Выравнивание породы под опалубкой – 30 мин

Центрирование опалубки – 15 мин

Подготовка бетонопроводов – 25 мин

Собственно бетонирование: первой заходки – 45 мин

Второй заходки – 75 мин

Паспорт крепления горных выработок

Для каждой горной выработки составляется паспорт её крепления в соответствии с требованиями правилами технической эксплуатации и техники безопасности. Паспорт крепления является одним из основных технических инструментов без которого проведение выработки запрещено. Паспорт разрабатывается на основании данных горно-геологической и горно-технических условий проведения и эксплуатации выработки.
Состоит из пояснительной записки и графической части.
Графическая часть является исполнительным документом и состоит из:
1) Сечение и размеры выработки
2) Материал, конструкция и элементы крепи
3) Отставание крепи от забоя (в метрах во времени)
4) Таблица расходов крепежных материалов
5) Указывание оборудования для механизации возведения крепи, порядок возведения.

Выбор типа горной крепи :

В типовых паспортах крепления для рудников цветной металлургии .  формула :

=10(индекс 4) * f    // П=Q*g*H/b сжатия

g - ускорение свободного падения
bсж. - предел прочности на одноосное сжатие
H- глубина заложения выработки

 Таблица
______________________________________________________________________
>0,2                         |    0,15  /  0,2    |                        <0,15                            |         <0,05 |
                                |                         |трещиноватость | нетрещиноватость|
бетон железобетон|металл дерево|   набрызг бетон |  анкерная крепь     |   без крепи|
______________________________________________________________________

В соответствии пункт 56 ЕПБ:
допускается проходка выработок без крепления в условии устойчивости когда технологический срок не превышает время её устойчивости состояния. Если породы не склонны к выветриванию.

Выбор типа крепи и обоснования её параметров в настоящее время производится от категории устойчивости горной породы. В качестве основного критерия принимается величина смещения U(в мм.) на контуре поперечного сечения выработки на весь срок её службы без крепи. При определении U  учитывается по простиранию либо вкрест простирания , прочность пород на Q сжатии и структуре пород ^ - лямбда . В основу определения расчетного смещения положен графо-аналитический по СНИП .

Таблица

__оценка__________U (в мм.)______
I  |   устойчивость    | до 25                  |
II |  средняя               | от 25 до 100      |
III|  не устойчивый   | от 100 до 200   |
 _______________________________|

Горная крепь

тема : Горное давление и его проявление.

До проведения выработок горный массив находится в равновесном силовом состоянии. При проведении выработок состояние горных пород нарушается и вокруг выработки образуются две области : пониженное напряжение - в кровле и почве
повышенное напряжение - в боках бортах
Напряжение ими силы внутри массива горных пород в следствии проведения выработки и вызывающей деформации окружающей выработки пород называют горным давлением.

Явление связанное с деформацией, движением и разрушением массива называется проявлением горного давления.

Проявление горного давления :
1) Выброс породы из массива
2) Стреляние отскок от массива
3) Горные удары


                       Факторы влияющие на величину и характер проявления горного давления


1) горно-геологические - строение вмещающих пород (трещиноватость и слоистость), угол залегания и мощность залежи, а также механические свойства и влажность.

2)горно-мехнические - глубина расположения, способы проведения выработок, форма соотношения высоты и ширины выработок, расположение выработок относительно отчистных.

Горному удару подвержены краевые части массива.
Горное давление воспринимаемой выработкой сразу называется первичной, через некоторое время горное давление становится постоянным.