4.8 Обеспечение сжатым воздухом

При проходке вертикальных стволов используют оборудование, работающее в основном на сжатом воздухе. Для удовлетворения потребностей в пневматической энергии на промплощадке вертикального ствола монтируют компрессорную станцию, в состав которых входят несколько компрессорных установок и воздухосборники, работающие на общую пневматическую сеть.

Рекомендуется компрессорные станции выполнять по блочному принципу, когда в каждом блоке находится компрессор со вспомогательным оборудованием. Принцип блочной компоновки дает возможность наращивать мощности станции без остановки её работы и создаёт удобства при монтаже, эксплуатации и ремонте оборудования [12, 26].

При строительстве вертикальных стволов следует использовать проходческие комплектно-транспортируемые компрессорные станции типа ПКСМ-100, ПКСМ-150 с суммарной подачей соответственно 100 и 150 м³/мин.

Потребность в сжатом воздухе, м³/мин, для строительства вертикального ствола определяется по формулам [12, 26]:

– при бурении шпуров Q_б = 1,2 n_б V_б K_о K_и ; (68)

– при погрузке породы Q_погр = 1,2 n_п V_п K_о K_и , (69)

где 1,2 – коэффициент, учитывающий утечки сжатого воздуха в воздухопроводе и работу пневмонасосов и пневмолебёдок, n_б, n_п – число соответственно бурильных и погрузочных машин; V_б, V_n – суммарный расход сжатого воздуха, соответственно бурильными и погрузочными машинами, м³/мин; К_и – коэф-фициент износа машины, равный 1,15 для бурильных и 1,1 для погрузочных машин; K_о – коэффициент одновременности работы машины, равный 0,85 для бурильных машин и 0,9 для погрузочных машин.

Производительность компрессорной станции, м³/мин, должна предусматривать 30-процентный запас мощности от максимальной потребности по факторам погрузки или бурению шпуров:

Q_К = 1,3 Q_max . (70)

Комплектование станции компрессорами производится с таким расчётом, чтобы суммарная подача компрессоров была равна расчётной мощности станции.

Для выравнивания давления сжатого воздуха в сети и улавливания воды и масла применяют фильтры и воздухосборники, а в самых низких местах воздухопровода устанавливают водомаслоотделители.

Общая вместимость воздухосборников, м³, определяется исходя из суммарной подачи компрессоров:

. (71)

Для подачи сжатого воздуха от компрессорной станции к стволу и по стволу до подвесного проходческого полка следует принимать стальные водогазопроводные сварные трубы диаметром 150 мм. На поверхности трубы соединяются электросваркой, в стволе – на фланцах болтами. В стволе трубопровод может подвешиваться на канатах или жестко закрепляться к крепи ствола при помощи анкеров [12, 26]. В случае подвески труб на канатах необходимо выбрать тип лебедки на поверхности.

4.9 Крепление ствола

Постоянная крепь вертикальных стволов может быть возведена из монолитного бетона и железобетона, набрызгбетона, железобетонных, стальных и чугунных тюбингов, бетонита, кирпича.

При применении крепи из кирпича и бетонитов её качество оказалось ниже других видов крепежных материалов из-за некачественного заполнения швов раствором, высокой водопроницаемости, необходимости устройства опорных венцов, тампонажа закрепного пространства и установки временной крепи.

Использование железобетонных тюбингов в 1954–1960 гг. позволило крепить стволы более индустриальными методами, а также перейти на совмещенную и параллельно-щитовую схемы проходки, не требующие возведения временной крепи. Однако крепь имеет ряд недостатков, главные из которых – значительная стоимость крепи, большой расход металла, сложность тампонирования закрепного пространства, нерациональная конструкция крепления расстрелов к тюбингам, сложность чеканки швов, большое аэродинамическое сопротивление движению воздуха по стволу. Поэтому тюбинговая крепь применяется лишь в стволах со слабыми породами и большими притоками воды.

В 1957 г. в Донбассе впервые была применена передвижная створ­чатая металлическая опалубка конструкции ЦНИИподзем-маша для воз­ведения монолитной бетонной крепи по совмещенной технологии со спуском бетонной смеси по трубам. В настоящее время она является преобладающей во всех горнодобывающих бассейнах.

Основные преимущества монолитной бетонной крепи: отсутствие временной крепи; надежная и плотная связь крепи с окружающими породами, что позволяет во многих случаях обходиться без опорных венцов; возможность механизации работ по возведению крепи, доставке и укладке бетонной смеси за передвижную опалубку; высокая водонепроницаемость крепи и стойкость её против агрессивных вод; возможность эффективного применения последующей цементации; малое аэродинамическое сопротивление.

Для возведения монолитной бетонной крепи стволов применяют бетоны классов прочности В15 и В25. Для приготовления бетонной смеси используют портландцемент и шлакопортландцемент марки 400–500. В качестве заполнителя для приготовления бетонной смеси в Кузбассе применяют песчано-гравийную смесь [14, 28].

Ускорения схватывания и процессов твердения бетонной смеси достигают благодаря добавкам хлористого кальция (CaСl₂). Для крепи стволов обычно применяют водоцементное отношение (В:Ц), равное 0,5–0,6 с осадкой конуса 8–11 см.

Важный этап в механизации процесса возведения монолитной бетонной крепи – создание передвижных металлических опалубок [2, 12, 26].

В первые годы внедрения новой технологии широкое применение имела створчатая опалубка, в последнее же время повсеместное распространение получили секционные опалубки, в том числе самоотрывающиеся.

В настоящее время створчатая опалубка применяется при проходке стволов по нарушенным породам, когда за установленной опалубкой могут произойти вывалы породы. В этом случае открываются створки опалубки и удаляют породу вывала. При секционной опалубке это исключено. К недостаткам створчатых опалубок следует отнести отрыв вручную и значительное уменьшение рабочего сечения забоя, осложняющего погрузку породы.

Секционные опалубки, по сравнению со створчатыми, более удобны в работе, имеют меньшую массу и большее свободное пространство в призабойной части ствола, легко механизируемый процесс отрыва секций.

В настоящее время широкое применение на проходке стволов получили секционные самоотрывающиеся опалубки ОСД конструкции треста «Донецкшахтопроходка», изготовляемые в двух вариантах – с жёстким и канатным отрывом.

При проходке стволов в Кузбассе наряду с другими нашла применение самоотрывающаяся шарнирная опалубка конструкции треста «Таштаголрудстрой» для стволов диаметром 5–8,5 м.

Институтом ВНИИОМШС разработана конструкция шагающей опалубки, состоящей из двух основных узлов, которые соединены между собой демпферными устройствами, собственно опалубки высотой 2,5 м и несущего кольца, что позволяет отказаться от использования лебёдок и канатов для подвески опалубки.

Институтом «ЦНИИподземмаш» разработана опалубка со спиральным поддоном – ОСП, применение которой исключает перестановку бетонопровода и подливку бетонной смеси по периметру и обеспечивает лучшую стыковку заходок за счёт подпора бетонной смеси.

Широкое применение получила схема подвески опалубки с использованием направляющих канатов посредством отклоняющих шкивов, смонтированных под верхним и на нижнем этаже подвесного полка.

Бетонная смесь для крепления ствола может быть приготовлена на бетонном заводе, обслуживающем район строительства, при помощи бетоносмесительной установки, расположенной на промплощадке шахты или на специальном приствольном бетонном узле в непосредственной близости от сооружаемого ствола.

В Кузбассе опыт транспортирования бетонной смеси для крепления стволов с районных бетонных заводов показал существенные недостатки такого способа: при дальней перевозке автосамосвалами бетонная смесь подвергается расслоению; большие простои работ при бетонировании по организационным причинам, связанным с подчинением завода другой организации. Поэтому в настоящее время принято направление строительства бетоносмесительных установок на промплощадках шахт, приствольных бетонных узлов типа СБ-75 и УБС-30.

Бетонную смесь по стволу к месту укладки можно транспортировать по трубопроводу, а также в специальных контейнерах.

С начала распространения подвижных металлических опалу-бок повсеместно для спуска бетонной смеси по стволу применяют трубопроводы из труб диаметром 150 мм с толщиной стенки 8–10 мм, которые можно подвешивать на канатах, прикреплять к стенкам ствола и армировке.

На проходках стволов в Кузбассе и в других бассейнах широкое применение получил способ жёсткого крепления бетонопровода к стенкам ствола железобетонными анкерами, что обеспечивает вертикальность прокладки става, увеличение срока его службы, уменьшение расхода каната и сокращение коли-чества лебёдок на поверхности.

Для снижения скорости выхода бетонной смеси из бетонопровода устанавливают специальные гасители скорости различной конструкции в конце трубопровода, на опалубке и на втором этаже подвесного полка.

За последние годы в Кузбассе на проходке стволов стали применять схему установки гасителя скорости на втором этаже проходческого полка. Двойное телескопическое устройство из труб диаметром 200 и 250 мм длиной по 20–22 м, подвешиваемое на канатах лебёдок телескопических устройств, позволяет проходить более 40 м ствола без наращивания труб.

Бетонную смесь за опалубкой распределяют глубинными вибраторами или сжатым воздухом через трубчатые продувалки.

Применение набрызгбетона в качестве временной крепи позволяет на 10–12 % уменьшить объём выемки породы, снизить стоимость работ и материалов, увеличить скорость проходки и повысить производительность труда проходчиков.

Набрызгбетон наносят на стены в один или два слоя, что определяется общей толщиной крепи вертикального ствола.

В проекте уточняется тип оборудования для возведения крепи, способ подвески бетонопроводов и опалубки. При необходимости выбирается тип лебёдок. Определяется расход бетона на 1 м ствола.

При применении крепи из других материалов (тюбинги, блоки и т. д.) принимается соответствующее оборудование. Даётся краткое описание процесса крепления ствола [2, 9, 11].

Технология работ по возведению крепи ствола и схема проходки ствола по этапам с использованием опалубки приводятся в пояснительной записке.