Проходка шурфов и шахт

При проходке шурфов поперечное сечение выбирают с учетом удовлетворения требований подъема и спуска людей и породы, необходимости крепления выработки, установки вентиляции и водоотлива, если предполагается встреча водоносных горизонтов. Кроме этого выбор сечения нередко определяется задачами опробования и изучения проходимых пород (например, отбор крупных технологических проб).

При проходке шурфов различают следующие виды работ:

1. собственно проходка (углубка) шурфа

2. подъем породы, отделенной от забоя

3. крепление ствола шурфа

4. вентиляция шурфа

5. водоотлив из шурфа.

Шурфы могут быть прямоугольного, квадратного и круглого сечения.

Проходка шурфов прямоугольного и квадратного сечения

Проходку шурфа производят забойщики. Число забойщиков зависит от площади забоя. По правилам техники безопасности в шурфах с малым сечением до 2 м² в забое работает один проходчик.

Породы мягкие, сыпучие и вязкие проходят с помощью кайлы или лопаты, обычно на коротких ручках для удобства работы в узких выработках. Кайлой породу отделяют от забоя, а лопатой нагружают в бадью. При проходке пород IV-V категорий используют лом и клинья. При проходке пород средней крепости и крепких применяют взрывные работы. Бурение шурфов при этом необходимо вести механическим способом с использованием ударных или вращательных механизмов. Это уменьшает время и средства на проходку шурфов. Учитывая небольшое сечение шурфов, следует проходить шнуры небольшой глубины 0,5-1 м. В качестве ВВ применяют аммонит, аммонал и др.

Проходка мерзлых пород производится

1. с предварительным их оттаиванием,

2. с применением взрывных работ.

Оттаивание мерзлых пород производится в тех случаях, когда они представляют собой смерзшиеся пески, глины, суглинки, галечники и др. Применяют бутовый способ. На костре нагревают крупные камни (бут), которые в накаленном состоянии опускают на забой шурфа и сверху прикрывают листом железа, чтобы большая часть тепла направлялась вниз, в породы забоя. Когда бут остынет, его извлекают, а оттаявшие породы проходят кайлой и лопатой. Глубина каждой тайки 0,4-0,8 м.

В неглубоких шурфах оттаивание иногда производят пожегом. На забое шурфа раскладывают костер и оттаявшие породы извлекают. Недостаток пожегов в том, что одновременно с забоем оттаивают и стенки шурфа, при этом происходит осыпание стенок.

Иногда оттаивают и паром – паровая тайка. Для этого необходим паровой котел. Пар из котла по трубам подается на забой к рабочим инструментам в виде тонких трубок длиной 1-1,5 м. Трубки втыкают и породы нагреваются. Далее идет очистка забоя и снова оттаивание.

Глубина забоев, проходимых с оттаиванием бутом, предусматривается до 15-30 м с сечением 1,2-2 м².

Крепление шурфов

При закладке прямоугольного или квадратного шурфа на его устье кладут направляющую раму, определяющую начальное сечение шурфа. Раму делают из брусьев сечением 20 х 15 см, концы брусьев, выходящие за пределы рамы называются пальцы. На эту раму устанавливают ручной вороток или лебедку для спуска и подъема людей и породы.

По мере углубления шурф закрепляют. Крепление зависит от устойчивости пород. В шурфах квадратного и прямоугольного сечения применяют следующие виды креплений:

• сплошное крепление на пальцах,

• сплошное венцовое крепление подвесное,

• несплошное крепление на бабках,

• несплошное крепление венцами и распорами без бабок,

• забивное крепление вертикальное,

• забивное крепление наклонное.

Деревянную крепь заранее подготавливают в виде определенных по размерам венцов и складывают около устья шурфа. Венцы делают из круглого леса диаметром 10-15 см или из половинок.

Сплошное венцовое крепление на пальцах.

Применяют в породах, которые позволяют провести углубку шурфа 1,5-2 м без осыпания. Например, в глинах, плотных суглинках, мергелях.

(рисунок)

Самым верхним венцом с пальцами служит направляющая рама над устьем шурфа. После углубки шурфа на 1,5-2 м в его углах делают небольшие горизонтальные гнезда (лунки), куда заводят пальцы второго основного венца. Основной венец изготавливают из круглого леса. На основной венец кладут обычные венцы без пальцев, срубленные вполовину или в ласточкин хвост. Венцы кладут снизу вверх до направляющей рамы. Верхний промежуток между венцом и рамой заделывают половинкой дерева или доской. Крепь, лежащая на основном венце, называется звеном. После углубления на 1,5-2 м кладут следующее звено и т.д.

При креплении на пальцах геолог имеет возможность опуститься в шурф и перед закладкой основного венца задокументировать пройденный, но еще не закрепленный участок

Сплошное венцовое крепление подвесное.

Ведется сверху вниз. К направляющей раме, расположенной над устьем шурфа, после небольшого углубления его ствола (0,2-0,3 м) на железных скобах подвешивают первый венец крепи и далее, по мере углубки на 0,2-0,3 м – один за другим следующие венцы сплошной крепи. Каждый последующий венец висит на предыдущем. Крепь, скрепленная таким образом, является висячей. Она поддерживается на скобах и трением о породы.

Крепление подвесное применяют в породах слабоустойчивых, осыпающихся, которые не дают возможности поставить основные венцы с пальцами вследствие слабости стенок шурфа.

При подвесном креплении геолог не может последовательно проследить весь ствол шурфа, он может лишь периодически, перед навеской нового венца, спускаться и, быстро осмотрев породу в стенках, должен снова подняться, чтобы не мешать креплению в узком сечении разведочного шурфа. Большинство образцов геолог отбирает уже из бадей, подающих породу наверх, или из отвалов.

Несплошное крепление венцами на бабках.

Крепление ведется снизу вверх в породах устойчивых, таких как плотные глины, песчаники, известняки и др. После углубки шурфа на 2-5 м в забое кладется основной венец с пальцами. На него ставят по углам (в шип) четыре стойки (бабки) высотой 0,7-1,0 м. На стойки кладут обычный венец, на него ставят следующие стойки (бабки), опять венец и так до верха, т.е. до конца звена. Венцовая крепь имеет вид поясов, между которыми стенки шурфов остаются незакрепленными. Звено крепи может быть до 4-5 м.

Несплошное крепление венцами и распорками без бабок.

Крепление осуществляется досками, горбылями или венцами без промежуточных бабок и без основных венцов с пальцами. Применяют в неглубоких шурфах при устойчивых породах – глины, мергели, плотные суглинки, песчаники, известняки.

Делается так: стенки шурфа закрывают вертикально досками или горбылями, прижатыми к стенкам простыми венцами (без пальцев) ЧЕРЕЗ 0,6-1 М. Венцы изготовляют точно, с учетом сечения шурфа и досок, и при укладке подбивают деревянной колотушкой. В некоторых случаях в шурфах глубиной менее 10 м продольные доски и горбыли не устанавливают; венцы прижимают непосредственно к стенкам шурфа, которые удерживаются трением. При таком креплении геологическая документация может осуществляться или в процессе проходки шурфа, или после установки крепи.

При венцовом креплении шурфов используют и металлическое каркасное крепление. Металлические каркасы в виде венцов можно устанавливать по стволу шурфа на расстоянии 0,8-1 м один от другого по вертикали. Венцы по углам могут соединяться металлическими стойками (бабками). Такой шурф иногда закрепляют по стенкам “затяжками” в виде досок и горбылей. Каркасное крепление из металла позволяет экономить древесину, что имеет значение при работах в безлесных районах.

Крепление забивное.

Необходимо при проходке водоносных песков (плывунов), а также при закреплении песчано-гравийных толщ и сыпучих песков.

Последовательность операций при проходке шурфа с забивной крепью следующая. На поверхности земли, если плывуны начинаются сверху, или в шурфе, в породах, ниже которых следует водоносный песок, устанавливают основной или подвесной венец (внешний). Внутри внешнего венца кладут или подвешивают на скобах внутренний венец меньшего сечения. Между внешними и внутренними венцами по периферии шурфа постепенно, вместе с выемкой породы, забивают пали, причем крепление несколько опережает выемку. Пали – это доски длиной обычно 1-1,5 м, шириной 15-20 см и толщиной 3-4 см. Внизу пали затесывают в виде долота с одной или двух сторон. При забивке пали можно направлять вертикально или несколько наклонно и тогда их необходимо делать несколько расширенными книзу. Последовательную забивку палей (большим деревянным молотком) производят, начиная с углов шурфа, на погон не более 20-30 см, а породу вынимают настолько, чтобы концы палей на 10-12 см оставались бы в породе. В одном из углов шурфа при проходке водоносных пород всегда должно быть углубление (зумиф), где скапливается вода и находится фильтр насосного рукава. После того, как пали загнаны (забиты) на весь их погон, в забой шурфа кладут второй наружный венец, который прикрепляют скобками к палям, а внутри его укрепляют новый ряд палей – второе звено забивной крепи. Звенья забивной крепи идут одно за другим до тех пор, пока не будет пройден весь пласт водоносных или сыпучих песков.

При вертикальном положении палей крепление будет плотнее, а проходка с забивкой – значительно легче, чем при наклонных палях. Но при вертикальных палях с каждым звеном уменьшается сечение шурфа, так как каждый последующий внутренний венец меньше предыдущего. Наклонные пали позволяют сохранять одно сечение во всех звеньях. При необходимости после закрепления шурфа наклонной забивной крепью данный интервал может быть закреплен сплошной венцовой крепью по внутренним венцам. Вместо палий иногда употребляют колья. В этом случае крепь называется кольевой. Иногда при забивном креплении используют деревянные или металлические щиты, что ускоряет проходку.

Ледяное крепление.

Применяется в очень редких случаях. Его можно использовать в шурфах зимой, в условиях холодного континентального климата. В этих случаях шурфы закладывают на неглубоких замерзших реках или заводях. Рядом с местом закладки предварительно проверяют толщу льда, а затем в намеченном месте начинают шурф. В первый день шурф проходится с таким расчетом, чтобы в забое остался лед толщиной 81-0 см. Спустя один или несколько дней, в зависимости от мороза, когда ниже забоя лед намерзнет на некоторую глубину, шурф осторожно углубляют на небольшой погон (0,1-0,2 м) и снова оставляют для проморозки. Так доходят до дна водоема и углубляются в породы. Аналогично можно вести работы и в водоносных породах. Проходку с проморозкой следует вести очень осторожно. Шурфы, пройденные вкрест реки, могут создать подпор, что приведет к прорыву льда выше по течению реки.