книги из ГПНТБ / Воробьев Б.М. Основы технологии горного производства. Введение в специальность учеб. пособие

Способы

п р о х о д к и

ш а х т н ы х

стволов

бывают обычные

и

специ­

а л ь н ы е . О б ы ч н ы е

способы

проходки

применяют

п р и

достаточно

устойчивых горных породах и умеренном притоке воды,

а с п е ц и -

а л ь н ы е — п р и

сильно

обводненных,

трещиноватых

и

неустойчи ­

вых породах .

Н а

месте

п р о х о д к и

ствола

на

поверхности

земли

п л а н и р у е т с я

п р о м ы ш л е н н а я п л о щ а д к а

и

создается

комплекс технических

зданий

и с о о р у ж е н и й . Здевь возводят н а д ш а х т н ы й

копер

(проходческий и л и

постоянный), здания подъемных м а ш и н , компрессорную,

электро ­

подстанцию,

механические,

бурозаправочные

и

другие

мастерские .

Н а

выровненной п л о щ а д к е

с помощью

геодезических

инструмен ­

тов

н а н о с я т

оси

сечения

будущего

ствола

и

фиксируют

п о л о ж е н и е

его

центра .

П р о х о д к у ствола

начинают

с самой

верхней его части, п р и м ы к а ­

ющей к поверхности, — у с т ь я . Устье чаще

приходится

проходить

по

наносам .

Д л я

п р е д о т в р а щ е н и я

о б р у ш е н и я

в е р т и к а л ь н ы х

стенок

ствола

п р и

выемке породы

к

раме - шаблону

•— деревянной

восьми­

у г о л ь н о й

раме,

у л о ж е н н о й

на

поверхности,

подвешивают

кольца

временной крепи . Стенки ствола

затягивают

досками .

П о р о д у из забоя ствола поднимают в

бадьях

п е р е д в и ж н ы м и

автомобильными к р а н а м и и л и с помощью д р у г и х подъемных

приспо ­

соблений

(кран - укосина,

треноги

с

электрическими

лебедками) .

К возведению постоянной к р е п и у с т ь я приступают после полной

его проходки . Временную к р е п ь снимают, а

на

ее

месте

возводят

постоянную

прочную

монолитную

бетонную

к р е п ь .

Т а к

к а к к р е п ь

устья

ствола

с л у ж и т

опорой к о п р а , то ее выполняют

более

прочной,

чем

к р е п ь

остальной

части

ствола. П р и

возведении

бетонной

крепи

в

лей

оставляют

необходимые

проемы

д л я

п р и м ы к а н и я

к а н а л о в

и

ходков

различного

н а з н а ч е н и я (трубно - кабельных,

вентиляцион ­

н ы х , к а л о р и ф е р н ы х и др . ) .

После

возведения

постоянной

к р е п и

устье

ствола

на

уровне по­

оставляют проемы д л я

прохода бадей, насосов и другого проход ­

ческого оборудования .

Проемы имеют з а к р ы в а ю щ и е с я л я д ы .

поверхности

ведут

монтаж проходческого

оборудования

(рис. 62).

Н а д

устьем

ствола

у с т а н а в л и в а е т с я

проходческий

копер,

который

с л у ж и т

д л я

подвески оборудования

(проходческих

насосов,

п о л к о в ,

к а н а т о в ,

кабелей и

др . ),

д л я

спуска и

подъема

бадей с породой из

забоя

ствола,

а т а к ж е

рабочих

и

материалов

в

период

проходки

ствола .

После

з а в е р ш е н и я

проходки

ствола

проходческий

копер

демонтируют и на его месте устанавливают

постоянный

копер .

Иногда возводят постоянный копер к н а ч а л у

проходки ствола, тогда

надобность

во

временном копре

отпадает.

П р о в е д е н ие вертикальных

шахтных

стволов

обычным способом

П р и

проведении

стволов обычным

способом

выполняется три

основных

комплекса

проходческих

процессов:

выемка породы и возведение временной крепи;

возведение

постоянной

крепи;

армирование

ствола.

В зависимости

от

порядка и

последовательности выполнения

изводства

работ п р и проведении

вертикальных ш а х т н ы х стволов.

П р и всех

схемах стволы

проходят

отдельными

участками,

называ ­

емыми звеньями .

П о с л е д о в а т е л ь н а я

с х е м а

п р о и з в о д с т в а

р а б о т

(рис. 63,

а). По

данной

схеме в пределах звена

сначала

производят только

выемку породы с установкой временной

к р е п и

возводят постоянную крепь . В к а ж д ы й

период работы ведут

только

в одном звене. После з а к р е п л е н и я

звена

постоянной крепью

в той ж е

последовательности начинают

работы в следующем звене. Последова­

т е л ь н а я

схема я в л я е т с я наиболее

простой и

применяется

довольно

часто, особенно нри глубине ш а х т н ы х

стволов

не более

200

м. Недо ­

статком

последовательной

схемы

я в л я ю т с я сравнительно

н и з к и е

скорости, а

следовательно,

и

более

продолжительные

сроки про­

ходки

стволов.

П а р а л л е л ь н а я

с х е м а

п р о и з в о д с т в а

р а б о т

(рис. 63, б)

х а р а к т е р и з у е т с я

одновременным

выполнением

в

смеж­

ных звеньях работ по выемке породы и по возведению

постоянной

крепи .

К а к

показано на схеме, в

верхнем (первом) звене

возводят

постоянную

к р е п ь в н а п р а в л е н и и

снизу

вверх, а в нижнем

(втором)

проведения стволов. Однако

при

этой схеме у с л о ж н я е т с я

организа ­

ц и я работ. П а р а л л е л ь н у ю схему

целесообразно

применять

п р и

зна­

чительной глубине стволов (свыше 200—300 м).

Схема

проходки

ствола

с п о п у т н ы м

з а к р е п л е н и е м

е г о

постоянной

крепью — совместная схема

(рис. 63, в)

отли­

чается

от

предыдущих тем,

что

постоянную

крепь (деревянную

подвесную

и л и тюбинговую) возводят сверху вниз .

В ы е м к у

породы

и

крепление производят одновременно в одном и том

ж е звене.

Преимущество такой схемы — это

отсутствие

временной

Рассмотрим

основные проходческие процессы при проходке

вер­

т и к а л ь н ы х ш а х т н ы х

стволов.

Б у р е н и е

ш п у р о в —• один из

наиболее трудоемких

про­

цессов проходческого

ц и к л а . В зависимости от площади

поперечного

сечения ствола

и крепости пород в забое

пробуривают

от 50 до

110

ш п у р о в и

более глубиной

2—3,5

м.

П р и к р у г л о м поперечном сече­

н и и ствола ш п у р ы

располагают

по

концентрическим

о к р у ж н о с т я м

(рис. 64);

врубовые

ш п у р ы

— по о к р у ж н о с т и наименьшего

диаметра,

затем по

следующей о к р у ж н о с т и

— вспомогательные

и

по

самой

большой о к р у ж н о с т и — отбойные

(оконтуривающие) ш п у р ы .

Ш п у р ы

б у р я т т я ж е л ы м и

ручными

пневматическими

молотками .

Ч и с л о

одновременно работающих

в

забое

ствола

б у р и л ь н ы х

молотков

п р и н и м а е т ся из расчета 2,5—3 м а площади

забоя на один

б у р и л ь н ы й

молоток .

Б у р о в у ю

мелочь

у д а л я ю т

из ш п у р о в

продувкой

сжатым

воздухом

(в ш п у р

вводят

металлическую

т р у б к у ,

присоединенную

к трубопроводу сжатого

воздуха) .

Д л я

механизированного

комплектного

бурения

ш п у р о в

в

вер­

т и к а л ь н ы х

стволах

созданы специальные

бурильные у с т а н о в к и на

несколько

(две — четыре)

б у р и л ь н ы х

машин . Одна

из

т а к и х

уста­

новок

на четыре бурильные м а ш и н ы

приведена

на

рис . 65.

З а р я ж а н и е ш п у р о в и в з р ы в а н и е В В в ш п у ­

р а х .

П р и проходке в е р т и к а л ь н ы х

ш а х т н ы х

стволов

применяют

щено п р а в и л а м и безопасности). Причем

взрывание ш п у р о в ведут

с поверхности . Перед

з а р я ж а н и е м

ш п у р о в

на поверхности пригота ­

вливают боевые п а т р о

н ы , которые

затем спускают в забой. Во врубо ­

ш п у р а х — замедленного

действия .

Перед взрыванием все проходческое оборудование из з а б о я под­

нимают на

безопасную

высоту.

П р о в е т р и в а н и е

с т в о л а

осуществляется

нагнетанием

свежего

воздуха

с поверхности

специальными

проходческими вен­

т и л я т о р а м и .

В е н т и л я ц и о н н ы е трубы диаметром

0,5—0,9 м — метал­

л и ч е с к и е ил и из капроновой т к а н и . Д и а м е т р вентиляционного

трубо ­

провода принимают в зависимости от диаметра

проходимого

ствола

и

его г л у б и н ы . В е н т и л я ц и о н н ы й

трубопровод подвешивают

в

стволе

на

к а н а т а х ,

а конец его размещают на расстоянии 12—17 м от

забоя

ствола и

с н а б ж а ю т конической

насадкой .

П р о д о л ж и т е л ь н о с т ь

п р о в е т р и в а н и я

забоя ствола после

взрывных

работ не

д о л ж н а

п р е в ы ш а т ь 20—30

мин.

После

о к о н ч а н и я п р о в е т р и в а н и я забой осматривают

и

приводят

в безопасное состояние (сбрасывают застрявшие к у с к и породы,

испра ­

приступают

к

п о г р у з к е

породы .

П о г р у з к а

п о р о д ы

в забое ствола в проходческие

б а д ь и —

один из наиболее длительных и трудоемких процессов

проходческого

ц и к л а . Н а п о г р у з к у породы приходится 60—70%

времени от общего

времени ц и к л а .

В

настоящее

время

п о г р у з к а

породы в

стволах

полностью м е х а н и з и р о в а н а и осуществляется с помощью

грейфер ­

ных г р у з ч и к о в ,

которые

я в л я ю т с я самостоятельными

проходческими

м а ш и н а м и ил и

входят в состав

проходческих

комплексов

и

агре ­

гатов,

-ц

Н а и б о л ь ш е е распространение

п о л у ч и л и

пневматические

грейфер ­

ные г р у з ч и к и с механическим

ил и ручным

вождением .

Пневматический

г р у з ч и к с механическим

вождением

(рис. 66)

подвешивают в стволе к н и ж н е м у

э т а ж у подвесного п о л к а .

Грейфер

зачерпывает

в з о р в а н н у ю

породу

и грузит

ее в

бадью.

П о г р у з ч и к о м

у п р а в л я е т из к а б и н ы один проходчик .

Е м к о с т ь

грейферного

ковша

до 1 м 3 . Средняя

производительность г р у з ч и к а

16—18 м 3 /ч . В

ство-

л а х диаметром 7—8 м применяют два погрузчика

с выдачей

породы

двумя

бадьями.

Д л я

п о г р у з к и породы можно применять т а к ж е

несколько

л е г к и х

Р и с .

66.

П н е в м а т и ч е с к и й г р е й ф е р н ы й

грузчик

с механическим в о ж д е н и е м :

1 —

г р е й ф е р ;

2 —

тельфер;

з

— рама; 4

— ц е н т р а л ь н а я

о п о р а ; 5

— т е л е ж к а поворота; 6 —

к о л ь ц е в о й м о н о р е л ь с ; 7 — к а б и н а

В р е м е н н а я

к р е п ь

необходима при недостаточной устой ­

чивости пересекаемых

пород.

Она

препятствует

обрушению

пород

в период с момента обнажения

стенок ствола до возведения постоян­

ной

крепи . П р и проходке стволов

к р у г л о г о сечения, когда

работы

о р г а н и з у ю т

по

последовательной

и л и п а р а л л е л ь н о й схеме,

времен­

н а я крепь состоит из разъемных металлических

колец, подвешенных

на

Z-образных

металлических подвесках (рис. 67). М е ж д у

к о л ь ц а м и

временной к р е п и и стенками ствола

у к л а д ы в а ю т

з а т я ж к и ,

а иногда

металлические

листы,

т. е.

производится,

к а к

говорят,

п о л н а я

п е р е т я ж к а

стенок

ствола. Р а с с т о я н и е

м е ж д у

к о л ь ц а м и

временной

к р е п и

по

в е р т и к а л и

колеблется,

в

зависимости

от

устойчивости

пересекаемых пород, от 0,7 до

1,5

м. П о мере возведения постоянной

к р е п и

временную

крепь

переносят

в н и ж н е е

звено

и

устанавливают

8

вслед

за

подвигающимся

забоем

ствола.

Обычно

у с т а н о в к у

временной

к р е п и

совмещают во времени

с

по­

г р у з к о й

породы .

П р и совместной

схеме

органи ­

зации

работ,

когда

одновременно

с подвиганием

забоя

возводят

по­

стоянную

к р е п ь ,

применяют вре ­

менную к р е п ь

в

виде

щита - обо ­

лочки . Щит - оболочку массой до 30 т

собирают

из

колец

металлических

тюбингов, подвешивают на кана ­

тах

и

опускают

по

мере

подвига-

н и я забоя .

П о д ъ е м

породы,

спуск

и

Р и с . 67.

В р е м е н н а я

крепь

в е р т и к а л ь н ы х

подъем людей, материалов

и

инст­

стволов круглой

ф о р м ы с е ч е н и я :

румента осуществляют с

помощью

1 — к о л ь ц о в р е м е н н о й к р е п и ; 2 — Z - о б р а з -

проходческих

подъемных

устано ­

ная

п о д в е с к а ; з — р а с п о р к и ;

4 — ш т ы р и ;

5

— з а т я ж к и ;

6 —

ф а с о н н а я

н а к л а д к а

вок. В качестве подъемных

сосудов

используют

проходческие

бадьи

0,75, 1,

1,5, 2

м 3 ; с а м о о п р о к и д ы в а ю щ и е с я — - 1 ,

1,5, 2,

2,5,

3, 5,5,

6,5

м 3 .

П р и

глубине ствола

не более 200 м и п р и диаметре

его менее 5 м

проходческие

работы

обслуживают

одной

подъемной

установкой .

С

увеличением

г л у б и н ы шахтного ствола и

его

диаметра

возникает

необходимость

оборудования двух

и д а ж е

трех

подъемных

устано ­

Д л я п р е д о т в р а щ е н и я р а с к а ч и в а н и я бадьи во время д в и ж е н и я

по

с т в о л у с л у ж а т н а п р а в л я ю щ и е к а н а т ы и н а п р а в л я ю щ а я

р а м к а .

Н а п р а в л я ю щ а я рамка

на

к о н ц а х и

посредине имеет муфты .

Ч е р е з

к р а й н и е муфты проходят

н а п р а в л я ю щ и е

к а н а т ы , через среднюю

—

подъемный

канат . П р и

д в и ж е н и и бадьи

р а м к а находится

вблизи

ее

и передвигается вместе

с ней, о г р а н и ч и в а я

амплитуду р а с к а ч и в а н и я

подъемного

к а н а т а .

Водоотлив

п р и притоке

воды до

5 м 3 / ч

осуществляют в

обычных

проходческих

бадьях . П р и

больших

п р и т о к а х применяют

подвесные

це н т ро б е жн ые проходческие

насосы,

которые подвешивают

в

стволе

в вертикальном положении .

В забое

устраивают приямок

д л я

стока

подвешивают

вместе

с проходческим насосом

на двух

к а н а т а х .

Производительность подвесных проходческих насосов колеблется

от 30 до 50 м 3 / ч при напоре до 400 м вод. ст.

В стволах глубиной более 300 м вследствие недостаточного

напора

проходческих

насосов устраивают перекачные насосные станции

через каждые

200—300 м и оборудуют ступенчатый водоотлив с не­

с к о л ь к и х горизонтов.

П о с т о я н н а я

к р е п ь ш а х т н ы х

с т в о л о в .

Посто­

я н н а я крепь

ствола

возводится на весь срок его с л у ж б ы . Она

может

быть деревянной, кирпичной, бетонной, бетонитовой,

железобетон ­

ной и металлической (тюбинговая крепь) .

Стволы круглого

поперечного сечения часто закрепляют монолит­

ной бетонной

крепью . Т а к у ю крепь в каждом

звене возводят

заход-

вверх

начинают с устройства

опорного венца, который предназна ­

чается

д л я предотвращения

сползания постоянной

крепи ствола

под действием собственного веса. Углубление в породе

д л я опорного

можно возводить

с н а т я ж н о й

рамы, т. е. на весу. Т а к о й способ

применяется при

скоростных

проходках .

ных бадьях

или

по трубам (при небольшой глубине ствола).

Д а л ь н е й

ш и е

работы по возведению бетонной крепи производят

таллические кольца - шаблоны высотой 1—1,5 м. С помощью

шаблонов

бетонная

смесь

удерживается, пока не затвердеет.

По мере возведения постоянной крепи временную крепь

снимают

и выдают

на

поверхность .

твором

через пробки, имеющиеся в тюбингах. Т а к о й процесс запол ­

нения

затюбингового пространства цементно-песчаным раствором

называется

тампонажем

и производится д л я обеспечения

большей

прочности

тюбинговой

крепи и лучшего сцепления ее с породами.

П р и тюбинговой железобетонной крепи отпадает надобность

в возве­

дении

временной к р е п и и обеспечиваются высокие скорости про ­

ходки

стволов.

А р м и р о в а н и е

с т в о л а . Работы по армироваию

стволов

7 Заказ 187

97