1.2.4. Приствольні двори і службові камери.
Приствольний двір – це сукупність протяжних гірничих виробок і камер, розташованих біля стволів шахти та призначених для сполучення стволів з головними відкотними та вентиляційними виробками, для приймання і перевантаження корисної копалини в скіпи головного стволу, для приймання-відправки вантажів допоміжного стволу та для інших технологічних функцій.
Камера – це виробка, що має відносно велику площу поперечного перерізу порівняно з довжиною. У приствольному дворі розташована більшість службових камер. На рис. 1.4 показано розташування камер у круговому дворі, наведені назви цих камер, за якими можна визначити їх призначення.
Рис. 1.4. Приствольний двip: 1, 2 – головний i допоміжний стволи, 3, 4 – вугільна i породна ями (бункери); 5, 6 – камери очікування i медпункту; 7, 8 – камери центральної підстанції i головного водовідливу; 9, 10 – трубний ходок i водозбірник; 11, 12 – камери освітлюючих резервуарів i обезвожування; 13, 14 – депо протипожежного поїзда, гараж-зарядна; 15 – ремонтна майстерня; 16 – камера випрямлювальної підстанції; 17 – склад ВМ; 18 – стоянка пасажирського поїзда; 19 – санвузол; 20 – головний відкотний штрек
1.3. Контрольні запитання
1. Які виробки називають штреком, стволом, піччю, бремсбергом, тощо?
2. Назвіть виробки, зображені на схемі під номерами 1, 2, 3 та ін.
3. Вкажіть правильну назву виробки. Наприклад, запитання: вкажіть назву вертикальної виробки, яка має вихід на земну поверхню і призначена для видачі корисної копалини, відводу вихідного струменю повітря.
Вірна відповідь – одна з з чотирьох запропонованих: 1) допоміжний ствол, 2) головний ствол, 3) шурф, 4) сліпий ствол.
4. На рисунках 1.1–1.3 назвіть ланцюжок послідовно з´єднаних виробок, по яких подається свіже повітря від входу в шахту до очисного вибою і від вибою до поверхні.
2. Кріплення для капітальних і підготовчих гірничих виробок
2.1. Загальні зауваження до вивчення теми
При вивченні цієї теми необхідно обов'язково ознайомитися з гірничотехнічними умовами, в яких проводять і експлуатують гірничі виробки [1,2], а далі приступити до вивчення теми в такому порядку:
ознайомитися з класифікацією типів кріплення, вимогами до нього, з терміном служби, матеріалом, конструкцією;
ознайомитись з процесами зведення основних типів кріплення – металевого склепінчастого та монолітного бетонного;
– ознайомитися з принципом вибору та обґрунтувати розрахунками тип кріплення для заданих умов;
– відповісти на контрольні запитання.
2.2. Характеристика кріплення, і умови його роботи та область застосування
Встановлення кріплення – головний засіб забезпечення стійкості підземних виробок. Потреба його використання обумовлена головним чином величиною гірського тиску, фізико-механічними властивостями порід, умовами експлуатації виробки.
До початку проведення виробки в масиві існує певне поле сил гравітації, яке при відсутності тектонічних процесів є гідростатичним. При проведені виробки в масиві відбувається перерозподіл сил гравітації, що супроводжується деформаційними процесами одного з двох типів: пружними або пружно-в'язкими та жорсткими (непружними). Перший процес проявляється у вигляді деформації повзучості, без появи руйнування порід, коли сили гірського тиску не перевищують довгострокову міцність порід.
Непружне (жорстке) деформування супроводжується руйнуванням порід, навколо виробки з’являється зона руйнування (діючі сили перевищують довгострокову міцність порід).
При пружно-в'язкому процесі виникають незначні зміщення контуру, виробку можна експлуатувати без несучих конструкцій; при непружному рівновага системи “кріплення-масив” з’являється після зрушень порід навколо виробки, причому при більшій піддатливості кріплення від нього вимагається менший несучий опір. Кріплення, яке має достатню піддатливість, уникає надмірного тиску, дає можливість зрушенню порід, що призводить до виникнення і збільшення зони зруйнованих порід, усередині якої гірський тиск зменшується. Кріплення є підпором для порід цієї зони. Рівновага наступає тільки за наявності достатнього опору кріплення. Коли ж вага порід перевищує несучу спроможність кріплення, то воно руйнується.
Основним завданням кріплення є забезпечення експлуатаційної стійкості виробок при транспортуванні вантажів, пересуванні людей, провітрювані, енерго- та водопостачанні.
Кріплення повинно відповідати таким вимогам: режим його роботи має бути відповідним до гірничогеологічних умов; воно повинно зберігати потрібну площу перерізу, розміри виробки у період її експлуатації; мати низький опір рухові повітря; бути міцним, стійким, не перевищувати припустимі деформації протягом усього терміну служби; бути вогнестійким, водонепроникним (для водонасичених порід), довговічним, антикорозійним, простим у виготовленні; передбачати механізоване встановлення, можливість повторного використання, можливість уніфікації та типізації. Цей перелік вимог потребує розробки значної кількості типів кріплення.
Гірниче кріплення для підготовчих виробок класифікують за такими факторами:
– за терміном служби – тимчасове і постійне;
– за матеріалом (рис. 2.1) – дерев’яне, металеве (а), бетонне, залізобетонне (б), кам'яне, комбіноване;
– за конструкцією (рис. 2.1) – збірне, рамне (а), монолітне (в), анкерне, тюбінгове, блочне, комбіноване ;
– за перекриттям породного контуру – кріплення замкнене (б, в), кріплення розімкнене (а, г);
– за формою – кільцеве, прямокутне, трапецієподібне, полігональне, склепінчасте, косокутне;
– за спроможністю витримувати навантаження – малопотужне, що витримує навантаження до 0,1 МПа, середньої потужності – 0,1...0,3 МПа, потужне – 0,3...1,0 МПа, дуже потужне – понад 1 МПа;
– за засобами встановлення – немеханізоване, механізоване, спеціальне (забивне, опускне, попередньо стиснуте та ін.).
Однією з основних характеристик міцності гірських порід є їх опір стисненню Rс (МПа) та похідний від нього коефіцієнт міцності порід за шкалою проф. Протод´яконова
f = 0,1Rс . (2.1)
Стан стійкості гірничої виробки залежить як від міцності вміщуючих порід, так і від сил гравітації і визначається коефіцієнтом стійкості виробки
кст = Н/Rс, (2.2)
де – об’ємна маса порід, в середньому вона дорівнює 0,025 МН/м3 (2,5 т/м3); Н – глибина розробки, м; Rс – міцність порід на стиснення, МПа.
В залежності від величини цього коефіцієнту усі виробки за станом стійкості поділяють на чотири категорії. Вибір типу кріплення для заданих гірничогеологічних умов відбувається з урахуванням вимог СНиП 11-94-80. Для кожної категорії стійкості виробки рекомендовано такі типи кріплень:
для І категорії (дуже стійкий стан) – анкерне чи набризкбетонне кріплення товщиною не менше 30 мм. У монолітних породах дозволяється залишати виробки без кріплення;
Рис. 2.1 Конструкція кріплення горизонтальних і похилих підготовчих виробок: а – металеве піддатлеве аркове із спеціального профілю; б – металобетонне жорстке аркове зі зворотним склепінням; в – монолітне бетонне, жорстке склепінчасте зі зворотнім склепінням; г – комбіноване анкеро-металеве; 1 – верхняк; 2 – стояк; 3 – хомут; 4 – скоба; 5 – лежак; 6 – розтяжка; 7 – затяжка
для ІІ категорії (стійкий стан) – монолітне бетонне кріплення, набризкбетонне сумісно з анкерами, збірне аркове, збірне тюбінгове, металеве піддатливе без зворотного склепіння;
для ІІІ категорії (нестійкий стан) та ІV категорії (дуже нестійкий стан) – збірне аркове, збірне тюбінгове, блочне та металобетонне кріплення з тампонажем закріпного простору.
Переріз виробки обирають з урахування вимог „Правил безпеки...” за умови розміщення габаритів обраних засобів транспорту з урахуванням безпечної величини зазорів і ширини проходу для людей. Після цього виконують перевірку достатності величини площі перерізу за фактором вентиляції.
Процес зведення металевого склепінчастого (аркового) кріплення (рис. 2.1, а) виконується таким чином. Після звільнення вибою від зруйнованої породи встановлюють стояки з урахуванням напрямку виробки. Після цього за допомогою виконавчого органу комбайна чи механізму встановлення кріплення КМП (рис. 2.2) підіймають верхняк догори. Утримуючи стояки, заводять їх під верхняк і стягують хомутами з планками і загвинчують гайками (вузол І, рис. 2.1), витримуючи взаємне перекриття елементів у межах 400 мм. Потім закріплюють міжрамні стягуючі елементи та встановлюють міжрамні огородження із залізобетонних чи дерев'яних затяжок. На внутрішньому боці кріплень підвішують труби, кабелі, тощо.
Рис. 2.2. Схема розташування комбайна і кріпоукладальника при проведенні підготовчої виробки
Зведення монолітного бетонного кріплення виконується послідовними ділянками (заходками) з допомогою спеціального огородження опалубки (розбірної чи пересувної). Наприклад, у виробках, де передбачено встановлення монолітного бетонного кріплення, після виймання порід монтують спочатку дерев'яну або металеву опалубку. Відстань між нею і оголеними боками виробки дорівнює проектній товщині кріплення. У щілину між породою та опалубкою по металевому рукаву подається бетонна суміш, яка заповнює порожній простір. Після набору бетоном міцності опалубку демонтують або пересувають на величину заходки, процес повторюється.
Приклад. Обрати тип кріплення для польового штреку, пройденого по породах з коефіцієнтом міцності f = 4 на глибині 400 м.
1). З формул (2.1) визначаємо опір породи стисненню
Rс = f/0,1 = 4/0,1 = 40 МПа.
2).З формули (2.2) розраховуємо коефіцієнт стійкості виробки
Кс = γ·Н/ Rс = 0,025·400/40 = 0,25.
У відповідності з табл. 2 Додатку виробка відноситься до 1V категорії стійкості, для якої підходить металеве збірне п'ятиланкове аркове кріплення з піддатливістю до 500 мм.