Общий цикл строительства шахтных стволов

Общее понятие  шахтных стволов .

Шахтным стволом  называют вертикальную или наклонную горную выработку круглого или прямоугольного сечения, имеющую непосредственный выход на поверхность и предназначенную для обслуживания подземных работ в пределах всего шахтного поля, его крыла или блока.

Стволы шахт проходят на глубину до 150 м, а в  некоторых случаях до 400 м и  более; площадь поперечного сечения  их составляет от 4 до 20 м2.

Вертикальная  подземная выработка, не имеющая  непосредственного выхода на поверхность, предназначенная для обслуживания подземных работ, называется слепым стволом.

Стволы служат для подъема полезного ископаемого  и пустой породы, спуска и подъема  людей, оборудования и грузов различного назначения.

Через шахтный  ствол осуществляют энергоснабжение  и вентиляцию добычных забоев, водоотлив.

Оборудуют стволы подъемными установками, а по ним  прокладывают электрические кабели, трубы для воды и сжатого воздуха.

К наклонным  горным выработкам относят шурфы  и стволы шахт (когда их ось не вертикальна), а также уклоны, восстающие бремсберги, гезенки, печи, просеки.

Околоствольный  двор — совокупность выработок, служащих для соединения шахтного ствола с  остальными выработками шахты и  размещения некоторых общешахтных производственных служб (водоотлива, электроподстанции, электровозного гаража, склада противопожарного инвентаря).

Исключением являются иногда стволы разведочных шахт и  выработки, проводимые при детальной  и эксплуатационной разведках и  предназначаемые впоследствии для  использования в процессе разработки месторождения.

Процесс перемещения  грузов по стволам шахт называют шахтным  подъемом.

Пирамидальный и воронкообразный врубы применяют  при проведении стволов шахт.

Проходку стволов  ведут шпуровым методом при диаметре до 45 мм или скважинным — при диаметре до 100 мм.

При проходке стволов  круглого поперечного сечения шпуры  и скважины располагают по концентрическим  окружностям, при этом соблюдают  следующие соотношения числа  шпуров в окружностях (за единицу  принято число шпуров в ближайшей  к центру ствола окружности):

При проходке восстающим забоем слепых стволов, соединяющих  выработки на двух горизонтах, применяют  центральную скважину с проходящим через нее стальным тросом для  подвески рабочего полка, с которого ведут буровые работы.

Температура рудничного воздуха отличается от температуры  атмосферного и может изменяться: 1) вследствие нагревания при прохождении  воздуха по горным выработкам, стенки которых имеют определенную температуру; 2) в результате адиабатического  сжатия (при опускании воздуха  по стволу на каждые 100 м происходит повышение температуры на ГС) и  других факторов.

Влажность воздуха  снижают путем устранения капежа в стволе шахты и скопления  воды на почве выработки, устройства ограждения в стволе для сбора  и отвода воды.

1) могут быть  вызваны любым искажением сечения  потока, например: а) внезапным расширением  и сужением; б) вентиляционным  окном; г) поворотом под углом  90°; д) разделением потока; е) слиянием потока; ж) поворотом под углом 90° с одновременным сужением и «прямым кутком» (сопряжение канала вентилятора со стволом) и т.

Лобовое сопротивление  вызывают: элементы армировки шахтных стволов, вагонеток, стоек, расстрелов в шахтном стволе.

Нормы поверхностных  местных утечек воздуха через вентиляционные сооружения следующие: надшахтное здание вентиляционного ствола — 5 %; надшахтное здание ствола или шурфа, оборудованного клетьевым подъемом, — 10 %, оборудованного вспомогательным подъемом - 20 %.

Температура воздуха, как правило, в воздуховыдающих стволах в течение года сравнительно постоянна, а в воздухоподаю-щих значительно меняется.

Летом с повышением температуры на поверхности воздух становится легче, что приводит к  уменьшению естественной тяги по величине, а иногда и направлению при  условии, что плотность воздуха  в воздуховыдающем стволе больше, чем в подающем.

При изохорическом  процессе депрессия естественной тяги /ге всей шахты где //—вертикальная длина столба воздуха наиболее глубокого шахтного ствола, м; р1; р2 — плотность воздуха в столбах; g— ускорение свободного падения.

Для подсчета депрессии  естественной тяги шахты необходимо знать среднее значение температуры  в воздухоподающем и воз-духовыдающем стволах.

При выборе схемы  необходимо строго учитывать требования правил безопасности, особенно запрещение подачи воздуха по скиповым стволам  и наклонным выработкам с конвейерным  транспортом на шахтах, опасных по пыли, выдачи воздуха через зоны обрушения и завалы, соблюдение минимальных  и максимальных скоростей движения воздуха в выработках.

Центральные схемы  проветривания характеризуются  расположением воздухоподающего и воздухоотводящего стволов в центре шахтного поля.

При этих схемах проветривания воздух поступает  по клетьевому стволу, проходит по откаточным выработкам, омывает очистные забои и затем по вентиляционным штрекам выходит в скиповой ствол, в устье которого установлен всасывающий вентилятор.

При этих схемах свежий воздух подается через центральный  ствол и

Типовые схемы  проветривания шахт: а — всасывающая  центрально-сдвоенная; б— нагнетательная центрально-сдвоенная; в — всасывающая центрально-отнесенная; г — нагнетательная центрально-отнесенная; д — фланговая всасывающая; е — фланговая нагнетательная с фланговыми вентиляторами; ж — фланговая нагнетательная с центральным вентилятором; з — фланговая нагнета-телъно-всасывающая; и — комбинированная центрально-фланговая; к — комбинированная секционная; вентиляторы: 1 — всасывающий; 2— нагнетательный выдается через шурфы или стволы, находящиеся на флангах шахтного поля.

При такой схеме  в качестве воздухоподающих стволов используются центральные, а воздухоотводящих — и центральные и фланговые.

Исходящие струи  участков на флангах направляются в фланговые стволы, а исходящие струи центральных участков — на поверхность через второй центральный ствол.

СПОСОБЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ  ШАХТНЫХ СТВОЛОВ И ШУРФОВ ПРИ  ИХ ПРОХОДКЕ

Шахтные стволы при проходке проветривают с помощью  вентилятора, установленного на расстоянии 20—30 м от устья ствола.

В основном применяют  нагнетательный способ проветривания, при котором направления естественной тяги и отводимого загрязненного  воздуха совпадают и воздух у  стен ствола движется вниз, а в центральной  части — вверх.

Вентиляционная  установка для проветривания  ствола состоит из двух вентиляторов различной мощности, работающих на нагнетание.

При больших  глубинах шахтного ствола целесообразно  применять комбинированный режим  работы этих вентиляторов, т.

При нагнетательном способе проветривание горизонтальных горных выработок осуществляется вследствие перепада давлений, который создается  путем повышения давления воздуха  вентилятором в воздухоподающем стволе.

, а в устье  выдающего ствола оно становится  равным атмосферному.

При всасывающем  способе проветривания необходимый  перепад давлений создается разряжением  воздуха вентилятором в устье  воздуховыдающего ствола.

Грейферный грузчик  подвешивают в стволе шахты на канатах к лебедке, установленной  на предохранительном полке, на высоте 12—15 м от забоя.

После взрывания  шпуров, проветривания и приведения ствола шахты в безопасное состояние  грейферный грузчик опускают лебедкой к забою и оставляют в подвешенном  состоянии на расстоянии 1,5—2 м от породы.

В шурфах и стволах  шахт горная порода перемещается с  помощью специальных подъемных  установок; этот процесс транспортирования  называется подъемом (шахтным подъемом), после которого горная порода перемещается на поверхности в отвалы, бункера  и т.

Транспортирование по шурфам и стволам шахт людей, материалов и оборудования также осуществляется подъемными установками.

Транспортные  операции, которые осуществляются для  перемещения отбитой породы в забое восстающего, состоят из: 1) доставки — перемещение породы по восстающему от забоя до откаточного штрека; 2) откатки — перемещение породы по штреку и квер-шлагу от восстающего до ствола шахты; 3) подъема породы из выработки околоствольного двора по стволу на земную поверхность.

Основным видом  перемещения горных пород по транспортным выработкам (ортам, штрекам, квершлагам, бремсбергам, штольням, наклонным стволам  шахт и траншеям) является откатка  в вагонетках по рельсовым путям.

Перемещение горных пород, материалов, оборудования и людей  по стволам шахт и шурфам осуществляют с помощью довольно разнообразных  подъемных устройств.

При проведении стволов разведочных шахт для  спуска и подъема используют более  сложные устройства, называемые подъемными установками, состоящими из проходческого  копра, подъемной машины, подъемных  сосудов и канатов.

В процессе проведения шурфов и разведочных стволов  в качестве подъемных сосудов  используют шурфопроходческие бадьи (БШ).

При проведении из шурфа или ствола шахты относительно небольших по объему и длине подземных  горных выработок выдаваемая из них  порода также может транспортироваться на земную поверхность в бадьях (например, при проходке рассечек из разведочного шурфа).

Во избежание  больших поперечных размеров клети, что привело бы к необходимости  проходить стволы шахт увеличенных  поперечных сечений, иногда применяют  двухэтажные клети.

Клети перемещают в стволах по металлическим или  деревянным проводникам, фиксирующим  их положение.

Каждая клеть  должна быть оборудована специальным  устройством, называемым парашютом, предназначенным  для предотвращения падения клети  в шахтном стволе при обрыве подъемного каната.

В клеть, установленную  на посадочных кулачках приемной площадки околоствольного двора, вкатывают  вагонетку с горной породой; вагонетку  закрепляют в необходимом для  транспортирования положении; дверцы клети закрывают, и стволовой (рабочий, работающий на подъеме в околоствольном дворе) подает сигнал подъема.

Клеть поднимается  по стволу до верхней приемной площадки, против которой вновь устанавливается  на посадочные кулачки; после открытия дверей и стопоров вагонетка выкатывается из клети, а взамен ее в клеть устанавливается  порожняя вагонетка, предназначенная  для спуска в подземные выработки.

В начале опускания  при выходе роликов из разгрузочных направляющих опрокидные и неопрокидные скипы приобретают первоначальное положение, в котором и перемещаются по стволу шахты вниз для очередной загрузки породой из подземных бункеров.

Обычно подъемная  машина работает с двумя подъемными сосудами: в то время как один из них поднимают по стволу, второй опускают вниз.

При проведении стволов шахт породу от устья выработки  до отвалов обычно транспортируют в  вагонетках по рельсовым или подвесным  путям, причем звеньями транспортных схем являются также и самотечные устройства.

При клетьевом  подъеме полезное ископаемое от ствола шахты до железнодорожного бункера  транспортируют в вагонетках; при  подъеме полезного ископаемого  в опрокидных клетях или скипах наиболее распространенным видом транспорта является конвейерный или конвейерный в сочетании с самотечным.

Если ствол  пересекает рыхлые породы или зоны тектонических нарушений или  породы, имеющие более трех систем трещин, то его обязательно следует  крепить.

Если пласты, которые пересекают ствол, сложены  в основном устойчивыми породами и только некоторые из них неустойчивы, то рассчитывают давление в подошвах неустойчивых пластов без учета  пригрузки от устойчивых.

КРЕПЛЕНИЕ ШУРФОВ И СТВОЛОВ

В стволах шахт и шурфах (при большой площади  поперечного сечения) устраивают отделения (подъемные, лестничные и др.

Подвесная венповая ванный ствол; крепь / — венец; 2 и 3 — соответственно вертикальные и горизонтальные расстрелы; 4 — проводники; 5 — полок лестничного отделения

Такую крепь  применяют при проходке шурфов круглого сечения и в качестве временной  крепи при проходке круглых и  прямоугольных стволов.

В последние  годы для крепления стволов при  геологоразведочных работах стали  широко применять монолитный бетон.

Стволы при  креплении бетоном имеют круглую  форму поперечного сечения, поэтому  крепь представляет собой цилиндр  диаметром, равным диаметру ствола с  толщиной стенки 200—600 мм.

Подбором состава  бетона и тампонажем пород, прилегающих  к стволу, можно обеспечить повышенную водонепроницаемость крепи.

Первый из перечисленных  методов применяют при наличии  данных о водопритоке на действующих или закрытых шахтах; второй — в случае, когда известны величины статических запасов и динамических притоков; третий — для отдельных шахтных стволов и совокупности подземных горных выработок.

При расчете  водопритоков для шахтных стволов, как правило, пользуются данными разведочных скважин и пробных откачек из них.

При вскрытии выработок  вертикальными или наклонными стволами подъем воды на поверхность осуществляют насосами.

Переходить на ступенчатый водоотлив необходимо при глубине ствола, превосходящей  максимальную высоту подачи насосов.

При проходке вертикальных выработок и выборе средств водоотлива учитываются следующие факторы: переменный режим водоотлива, необходимость  периодического перемещения насоса по стволу из-за изменения высоты всасывания; стесненность места установки насоса, загрязненность воды и др.

При проходке вертикальных выработок водоотлив осуществляют следующим образом: непосредственный водоотлив из ствола, спуск воды в горные выработки, расположенные  ниже, или при благоприятных гидрогеологических условиях в поглощающие горные породы.

Водосбор и  водоотлив при проведении горизонтальных выработок осуществляют следующим  образом: воду со всей системы горных выработок собирают с помощью  канав и водосборников, находящихся  при насосных станциях, и удаляют  на поверхность насосами через шахтные  стволы или скважины.

При проходке вертикальных стволов в основном применяют  подвесные центробежные насосы с  электроприводом, которые подвешивают  в специально предназначенном для  этого отделении ствола шахты; для  прохода насоса в проходческой раме и подвесном полке предусматривают  отверстия.

Горизонтальные  насосы по сравнению с вертикальными занимают больше места в стволе.

В стволе шахты  водоотливные трубы крепят хомутами к канату, а также кронштейнами и хомутами, устанавливаемыми на временных  или постоянных расстрелах.

В проходческой практике предпочтение отдают монтажу  напорного трубопровода вместе с  армированием ствола, используя для  опор под трубы хомуты, кронштейны и специальные брусья-балки, устанавливаемые  через 30—40 м.

Насосы и оборудование водоотливных установок размещают  в специальных горных выработках — насосных камерах, которые наклонными ходками соединяются с околоствольным двором и трубнокабельными ходками со стволом.

Для своевременной  эвакуации людей в случае затопления насосная камера должна соединяться  со стволом шахты ходком, который  выводится в ствол на высоте не ниже 7 м от уровня пола насосной камеры, и с околоствольным двором ходком, который должен герметически закрываться.

При детальной  разведке месторождений основными  горными выработками являются штольни  и стволы шахт с комплексом других подземных выработок.

Штольни, стволы, шахты, квершлаги, штреки, рассечки и  восстающие проходят с учетом возможности  использования их при эксплуатации — впоследствии эти выработки  становятся эксплуатационными.

К наклонным  горным выработкам относят восстающие, наклонные стволы и съезды, уклоны, бремсберги, скаты, рудоспуски.

Уклоны и наклонные  стволы проходят при разведке месторождений  сравнительно редко, областью применения тех и других является соответственно предварительная или детальная  разведка неглубоко залегающих месторождений  с небольшим углом падения.

Длина уклонов  редко превышает 25—30 м, стволов — 50 м.

проходки наклонных  стволов с поверхности, уклонов, а также наклонных съездов.

Крепление наклонных  стволов, капитальных бремсбергов  и уклонов осуществляют жесткой  рамой или арочной крепью (металлической  или сборной железобетонной), а  также сплошной каменной и бетонной или смешанной.

Сопряжение и  приствольные камеры (наклонных стволов) проводят одновременно со стволом.

Перед началом  проведения сопряжения наклонная выработка (уклон, ствол) до верхней ее отметки  должна быть закреплена постоянной крепью.

Если наклонные  стволы проходят параллельным или параллельно-щитовым  способом, то пространство, не закрепленное постоянной крепью, иногда достигает  значительной высоты (до 30 м), и сопряжение в этом случае проводят после проходки наклонного ствола.

Размеры поперечных сечений стволов определяют в  зависимости от размеров и расположения подъемных сосудов, лестничного  отделения и другого оборудования, с учетом величины зазоров между  оборудованием и стенками ствола, предусмотренных соответствующими правилами безопасности, а также  подачи необходимого количества воздуха  в период эксплуатации шахты для  проветривания всех подземных выработок  и рабочих мест.

ВЫБОР ФОРМЫ  И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ШАХТНЫХ  СТВОЛОВ

Форму стволов  разведочных шахт обычно выбирают прямоугольной.

Стволы предназначены  для вскрытия разведуемого месторождения.

Размеры сечения  стволов шахт вчерне определяют посредством  увеличения размеров в свету на толщину  крепи и затяжки.

В отечественной  практике горно-разведочных работ  глубина стволов шахт в отдельных  случаях превышает 400—500 м; некоторые  стволы имеют круглую форму поперечного  сечения и закреплены бетоном.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОХОДКИ СТВОЛОВ

Стволы в устойчивых породах с небольшим притоком воды (до 8 м3/ч) проходят обычными способами  в водоносных и неустойчивых породах  с большим притоком воды — специальными способами.

2) характеризуется  последовательным выполнением работ  по выемке породы и возведению  крепи в одном и том же  звене ствола.

Последовательная  технологическая схема проходки ствола: а — выемка породы; б —  возведение постоянной (бетонной) крепи; / — опорный венец; 2— секционная металлическая передвижная опалубка; 3 — двухэтажный подвесной полок; 4 — бето-нопровод; 5 — приемный бункер бетона; 6 — телескопический желоб для разводки бетонной смеси за опалубку висимости от устойчивости пород высота звена достигает 10-40 м (с временной крепью) и 8—15 м (без крепи).

3) характеризуется  тем, что выемку породы и  возведение постоянной крепи  проводят одновременно, но в разных  звеньях ствола.

Ее применяют  при глубине ствола более 150—200 м  и диаметре более 4,5 м.

Применяют эту  схему в тех случаях, когда  необходимо достичь высоких скоростей  проходки при сооружении глубоких стволов  в неустойчивых породах.

5) характеризуется  проведением работ по выемке  породы и возведению постоянной  крепи непосредственно в призабойном пространстве ствола

4 Параллельно-щитовая  схема проходки ствола при  движении щита-полка снизу вверх  (а) и сверху вниз (б):

Параллельная  технологическая схема проходки ствола: / — опорный венец; 2 —  натяжной полок; 3 — секционная металлическая  передвижная опалубка; 4 — двухэтажный  подвесной полок; 5—телескопический желоб для разводки бетонной смеси  за опалубку, 6 — приемный бункер бетонной смеси вслед за подвиганием забоя сверху вниз без применения временной крепи.

Однако несмотря на это, совмещенная схема получила наибольшее распространение и позволяет достигать высоких скоростей проходки глубоких стволов в неустойчивых породах.

Проходку стволов  осуществляют с обычного проходческого  или специально сконструированного легкого временного копра.

При проходке стволов  с использованием постоянного железобетонного  башенного копра или временного копра с последующим сооружением  башенного различают следующие  схемы проходки устьев: — сооружают  фундамент башенного копра, затем  проходят устье; — осуществляют проходку устья, затем сооружают фундамент  башенного копра, после чего в  пределах фундамента башенного копра  устье ствола крепят временной крепью — тюбингами, блоками; после возведения башенного копра временную крепь  разбирают; — подготавливают котлован под фундамент башенного копра  и с отметки его основания  проходят устье. 
 
 

СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ ПРОХОДКИ СТВОЛОВ

Стволы шахт проходят сверху вниз и снизу вверх.

Обычным способом стволы проходят в устойчивых слабообводненных породах, специальным — в неустойчивых породах со значительным притоком воды, удалить которую из забоя средствами проходческого водоотлива невозможно.

Технология проходки стволов при обычных способах состоит из следующих процессов: бурения, заряжания и взрывания  шпуров, проветривания забоя, водоотлива, уборки породы (погрузка и подъем), установки  временной или постоянной крепи.

Важными факторами  при выборе способа бурения и  диаметра стволов являются: поперечное сечение ствола, физико-механические свойства пород, тип ВВ, мощность бурового оборудования и т.

В стволах с  сечением в форме окружности шпуры  располагают по окружностям, расстояние между которыми составляет 0,6—1,1 м.

Заряжание шпуров при проходке стволов — механизированное.

Целесообразная  длина шпуров при проходке стволов  считается 2,5—3,0 м при диаметре ствола 6,5 м и более и 2,0—2,5 м при  меньшем диаметре.

При меньшей  длине шпуров возрастают потери времени  и трудовые затраты на 1 м проходки ствола в общем цикле работ  за счет вспомогательных операций.

Диаметр окружности для врубовых шпуров принимают равным 0,25 -г 0,3 диаметра ствола в проходке.

Сооружение шахтного ствола начинают с выбора места заложения, проведения подготовительных работ, т.

сооружения подъездных путей, расчистки промышленной площадки от кустарников и валунов, сооружения фундаментов и зданий, проходки устья  ствола, установки копра, подвода  электроснабжения и водоснабжения, подведения коммуникаций и монтажа  поверхностного оборудования.

После инструментальной разбивки осей ствола с установкой реперов укладывают раму-шаблон и  начинают выемку породы.

Для обеспечения  надежности опоры для башмака  крепи глубина устья шахтного ствола не должна превышать 4-5 м.

Деревом, покрытым торкретбетоном, разрешается крепить  неглубокие разведочные стволы, после  чего устанавливают основную проходческую раму, которая служит для перекрытия устья и навески ляд над  проемами, устраиваемыми для пропуска бадей, а затем монтируют копер.

Для проходки разведочных  стволов рекомендуют использовать копры двух типоразмеров.

Основная проходческая рама предохраняет места работ в  стволе от падения труб, отдельных  предметов и является рабочей  площадкой при монтаже и наращивании  ставов труб сжатого воздуха, водоотливных и вентиляционных.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОХОДКЕ СТВОЛОВ

Работу по сооружению ствола проводят в соответствии с  проектом на производство работ.

Причем при  выдаче породы бадьями ствол должен открываться только в месте прохода бадьи, а ляды — на время их прохода.

Работы по армированию  стволов и перемещению подвесных  полков следует осуществлять с помощью  предохранительных поясов.

Рабочие, занятые  на выполнении операций по проходке, креплению  и армированию ствола, обязаны  знать сигналы и уметь их подавать.

Отставание вентиляционных труб от забоя ствола, определяемое расчетом, не должно превышать 15 мм, а  время на погрузку грейфером — 20 мин.