Оборудование для крепления стволов монолитным бетоном и железобетоном

Для механизации возведения постоянной монолитной бетонной крепи в вертикальных стволах применяют металлические передвижные опалубки.

Для возведения постоянной крепи применяют различные конструкции металлических опалубок. Секционная опалубка состоит из отдельных секций 1 (листовая сталь толщиной 5-6 мм), которые образуют внешнюю оболочку опалубки. Секции закреплены на двух или трех каркасах жесткости 2 (швеллерные полукольца с ребрами жесткости), которые соединены стяжными винтами (фаркопфами) 3 и вставками 4. При отрыве от крепи вставка вдвигается внутрь ствола, а винтовые стяжки сжимаются. При этом диаметр наружной поверхности уменьшается на 8-10 см. После перемещения опалубки в новое положение винтовые стяжки разжимаются, вставка устанавливается в прежнее положение. Опалубка, как правило, подвешивается на направляющих канатах бадей или, реже, на отдельных канатах, предназначенных специально для этой цели. Высота рабочей части применяемых опалубок зависит от горно-геологических условий сооружения ствола и колеблется от 2 (при проходке стволов в слабоустойчивых породах) до 4,5 м (в крепких, устойчивых породах).

Для сокращения затрат труда на отрыв применяют опалубку с механизированным отрывом типа ОМ. Она состоит из нижнего и верхнего колец 1 и 2, соединенных между собой стойками 3 и секцией 4. Секции закреплены на нижнем кольце при помощи шарниров 5 и образуют наружный контур опалубки. Секции 4 могут поворачиваться вокруг шарнира 5, что дает возможность отклонять их верхнюю часть на 30 мм.

Рисунок. Секционная опалубка

Лекция 9

ПЕРЕХОДНЫЙ ПЕРИОД ОТ ПРОХОДКИ И УГЛУБКИ СТВОЛОВ к ПРОВЕДЕНИЮ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК

СОСТАВ РАБОТ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРЕХОДНОГО ПЕРИОДА

К числу работ для организации проведения горизонтальных: и наклонных выработок, проводимых в переходный период, от­носятся: оборудование подъема с подготовляемого горизонта; переоборудование транспорта породы и подачи к стволу обо­рудования и материалов на поверхности; организация подзем­ного транспорта, электроснабжения, водоотлива и проветрива­ния; строительство других объектов.

При проектировании горнопроходческого комплекса для про­ведения горизонтальных и наклонных выработок необходимо учитывать следующее:

обеспечение необходимой производительности подъемов для выдачи породы, спуска подъема людей, материалов и оборудо­вания;

максимальное использование для подготовки новых горизон­тов вскрывающих выработок, предусмотренных проектной схе­мой вскрытия и постоянных комплексов подъемов;

обеспечение надежного электроснабжения, проветривания и водоотлива при проведении горизонтальных и наклонных выра­боток;

при подготовке нового горизонта действующей шахты воз­можность независимой работы от эксплуатационной деятельно­сти шахты;

организацию скоростного проведения горизонтальных выра­боток на основе комплексной механизации горнопроходческих процессов.

Во многих случаях при широком фронте горных работ ско­рость проведения выработок зависит не столько от организации работ в забоях, сколько от всего горнопроходческого комплекса шахты. При этом неудовлетворительная организация подъема, откатки на поверхности и в шахте, водоотлива и проветривания являются главной причиной низких скоростей проведения выра­боток и увеличения общей продолжительности строительства и реконструкции шахты.

Переходный период строительства шахты охватывает проме­жуток времени с момента полного окончания проходки ствола с армировкой и проведения сопряжений и приствольных камер до начала проведения горных выработок на подготовляемых горизонтах.

Продолжительность переходного периода определяется глав­ным образом временем переоборудования подъема в стволе для второго периода строительства шахты, при этом все другие ра­боты горнопроходческого комплекса, как правило, совмещаются во времени с сооружением подъема.

Объем и продолжительность переоборудования ствола для проведения горизонтальных и наклонных выработок зависит от следующих основных факторов: назначения ствола при эксплуа­тации; продолжительности использования подъема в стволе для проведения горных выработок во втором периоде по проекту организации строительства шахты; принятой схемы оборудова­ния подъема в стволе для второго периода строительства шах­ты; оснащения ствола подъемно-копровым оборудованием в пе­риод проходки.

На рис. 64 приведена классификация оборудования стволов различных назначений и схем оснащения подъемами для вто­рого периода строительства шахт.

В том случае, когда по проекту шахты в стволе предусмотре­но оборудование постоянного подъема, а для проведения горных выработок во втором периоде оборудуется временный подъем то перед сдачей шахты в эксплуатацию его останавливают для: выполнения перехода на постоянный комплекс подъема.

Поэтому в проекте организации строительства шахты долж­но четко определяться время использования подъемов в стволах различного назначения во втором периоде строительства шахты, чтобы не прерывать работы на подготовляемых горизонтах, которые обычно выполняются до последнего момента сдачш шахты в эксплуатацию.

Так, с целью сокращения переходного периода в некоторых случаях при проходке клетевых стволов с временной схемой оснащения (проходческий копер и временная подъемная маши­на) или с комбинированной схемой (различное сочетание вре­менных и постоянных копров и подъемных машин) для прове­дения выработок во втором периоде оборудуют временный клетевой подъем. Такое оснащение, кроме снижения производи­тельности по сравнению с постоянным комплексом подъема и ухудшения условий выполнения большого объема горных ра­бот, во многих случаях приводит к увеличению общего срока строительства шахты в связи с необходимостью переключения проведения горных выработок на подъем в другом стволе или сооружения постоянного комплекса подъема после полного окон­чания горных работ.

Поэтому наиболее целесообразно для проведения выработок во втором периоде строительства и реконструкции шахт для условий Кузнецкого и Карагандинского бассейнов оборудовать- постоянный двухклетевой подъем в клетевом стволе на цен­тральной площадке и постоянный или временный клетовой подъ­ем (при отсутствии в проекте постоянного) на фланговых ство­лах.

При реконструкции шахт в Прокопьевско-Киселевском райо­не Кузбасса со вскрытием шахтного поля тремя сближенными стволами, когда в распоряжение шахтостроителей для подго­товки нового горизонта передается скипо-клетевой (породоуглу- бочный) ствол, его целесообразно оборудовать двумя постоян­ными подъемами: одноклетевым для вспомогательных функций и односкиповым для выдачи породы.

В некоторых случаях до оборудования постоянного клете­вого подъема в клетевом стволе для ускорения переходного пе­риода и создания широкого фронта горных работ целесообразно использовать скиповой ствол с оборудованием временного двух­клетевого подъема с движением клетей по постоянной армиров- ке, как было выполнено на реконструкции шахты «Капиталь­ная» (см. рис. 60).

В скиповых стволах временные скиповые или бадьевые- подъемы, как правило, не оборудуются, так как во всех случаях необходим другой подъем для спуска-подъема людей.

Использование постоянного двухскипового угольного подъе­ма для проведения горных выработок, как было сказано выше,, возможно к концу строительства шахты в связи с большим объемом строительно-монтажных работ по сооружению такого комплекса.

Из изложенного следует, что сокращение общего срока строительства шахты предопределяется максимальным исполь­зованием постоянного комплекса подъема в первом и втором периодах строительства шахты.

В то же время объем и продолжительность собственно пере­ходного периода определяется принятой схемой оборудования подъема в стволе, который определен для подготовки горизонта, и оснащением этого ствола подъемно-копровым оборудованием при проходке.

В переходный период при оборудовании постоянного двух­клетевого подъема в клетевом стволе, когда проходка ствола осуществляется с использованием постоянных копра и подъем­ной машины, работы выполняют в следующей последовательно­сти: демонтируют временное проходческое оборудование в ство­ле и копре; восстанавливают отдельные элементы постоянного металлического копра и его отшивки, нарушенные в связи с его использованием для проходки ствола; выполняют армировку в пределах копра и установку подъемных шкивов; устанавливают посадочные балки, кулаки, ограждения на устье ствола и го­ризонтах; навешивают подъемные и парашютные канаты, заво­дят клети в станок копра и испытывают их; выполняют наладку постоянной подъемной машины; организуют откатку вагонеток по постоянной схеме или временной, когда по проекту не пре­дусмотрена выдача породы через клетевой ствол. Продолжительность такого перехода составляет в среднем 1,5-2 мес.

При оборудовании постоянного клетевого подъема в клете­вом стволе, когда проходка его осуществлялась с применением проходческого копра и временной подъемной машины, к пе­речисленным работам в переходный период добавляются: де­монтаж проходческого копра и временной подъемной машины; монтаж постоянного металлического копра; строительство зда­ния подъема и монтаж постоянной подъемной машины; строи­тельство надшахтного здания.

Продолжительность такого периода составляет 8-12 мес.

Сокращение продолжительности переходного периода в этом случае возможно за счет предварительного монтажа постоянно­го металлического копра с армировкой, подъемными шкивами, заведенными в станок клетями и надвижки его на ствол после демонтажа проходческого копра, а также совмещение во време­ни строительства здания подъемной машины и ее монтажа.

В этом случае продолжительность переходного периода мо­жет составить 3-4 мес.

При оборудовании постоянного клетевого подъема, когда проходку ствола выполняют по комбинированной схеме, про­должительность и объем переходного периода зависят от соче­тания постоянных копров и подъемных машин.

Так, при проходке ствола с использованием постоянного ме­таллического копра и временной подъемной машины продолжи­тельность перехода на постоянный клетевой подъем может быть осуществлена в то же время (1,5-2 мес.). что и при проходке ствола по постоянной схеме оснащения при условии совмещения строительства здания постоянного подъема и его монтажа с окончанием к моменту завершения работ в стволе.

При проходке ствола по комбинированной схеме оснащения с использованием проходческого копра и постоянной подъемной машины продолжительность перехода увеличивается на время демонтажа проходческого копра и монтажа постоянного копра, примерно так же, как и при проходке ствола по временной схе­ме оснащения.

Для ускорения обмена вагонеток, в переходный период на поверхности рекомендуется в период проходки ствола выполнить строительство надшахтного здания, что возможно при осна­щении ствола с использованием постоянного копра или фун­даментов надшахтного здания при применении проходческого копра.

ПРИМЕРЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПЕРЕХОДНОГО ПЕРИОДА

При строительстве ряда шахт в Кузнецком и Карагандинском бассейнах при проходке клетевых стволов, расположенных на центральной площадке, применялись постоянные копры и подъемные машины, что позволило выпол­нить переход на постоянные клетевые комплексы для проведения горизонталь­ных и наклонных выработок в короткие сроки, без остановки работы стволов перед сдачей шахт в эксплуатацию.

Проходку клетевых стволов при строительстве гидрошахт «Байдаевская- Северная» № 1 и № 2, позже объединенных в одну гидрошахту «Юбилей­ная», выполняли с использованием постоянных металлических копров и подъ­емных машин. К началу проходки стволов также были сооружены блоки по­стоянных надшахтных зданий.

После проходки и армирования клетевого ствола гидрошахты «Байдаев- ская-Северная» № 1 были выполнены следующие работы: последующая це­ментация ствола, герметизация надшахтного здания, демонтаж бадьевого подъема, монтаж постоянного клетевого подъема, оборудование комплекса откатки вагонеток с монтажом временного бокового опрокидывателя (выда­ча породы в вагонетках не предусматривалась проектом). Продолжительность перехода от окончания армирования ствола до начала проведения горизон­тальных выработок составила 5 мес.

Проходку клетевого ствола гидрошахты «Байдаевская-Северная» № 2 выполняли одновременно с армированием, после работ по предварительной цементации горных пород, что позволило выполнить переход на постоянный клетевой комплекс для проведения горизонтальных выработок за 1,5 мес.

При строительстве шахты «Первомайская» клетевой ствол на центральной площадке был пройден с использованием постоянного металлического копра, надшахтного здания и подъемной машины типа 2Ц-5Х2.7. Продолжитель­ность перехода на постоянный клетевой комплекс составила 2 мес.

Поле шахты «Распадская», как было сказано выше (см. рис. 1), вскрыто тремя вертикальными клетевыми стволами: блока № 4 на центральной пло­щадке, блоков № 3 и 5 на флангах.

Проходку клетевого ствола блока № 4 выполняли с использованием про­ходческого копра и двух временных подъемных машин типа 2БМ-3000/1500.

После окончания проходки ствола до гор. +70 м, разработки пяти сопря­жений на пересечении с рабочими пластами и армирования, проходческий копер и временные подъемные машины были демонтированы, чтобы создать

условия для сооружения постоянного клетевого комплекса со значительным объемом подземной части (примыкание вентиляционного канала, сооружение разгрузочного бункера с тоннелем для выдачи породы и др.).

Полная продолжительность от окончания армирования ствола до начала работы постоянного клетевого комплекса составила 26 мес.

В этот период (в течение 20 мес) одновременно со строительством по­верхности проводились выработки околостволвного двора гор. —|—70 м с вы­дачей породы клетевым стволом по бескопровой схеме временным двухкле­тевым подъемом на двухтонную вагонетку до горизонта пл. 7, 7^а с после­дующей передачей породы на поверхность конвейером КЛ-150 по уклону, пройденному по пл. 7, 7^а. Ступенчатая схема выдачи породы и особенно спуска материалов и оборудования сдерживала разворот горнопроходческих работ и не обеспечивала высоких темпов.

Проходку клетевого ствола блока № 3, выполняли с использованием по­стоянного металлического копра, блока надшахтного здания и подъемной машины типа 2Ц-5х2,3. После окончания армирования ствола с монтажом углеспуска были выполнены работы по оборудованию постоянного комплекса подъема — два одноклетевых подъема с противовесами. Для приема породы на поверхности был установлен боковой опрокидыватель, так как проектом не предусматривалась выдача породы через ствол. Общее время перехода составило 2 мес.

В связи с несвоевременной поставкой постоянного копра и подъемной ма­шины проходку клетевого ствола блока № б выполняли с использованием двух проходческих агрегатов ПА-2.

После окончания проходки и армирования ствола демонтировали проход­ческое оборудование и был выполнен монтаж постоянного металлического копра методом надвижки, строительство надшахтного здания и монтаж noj стоянной подъемной машины. Общее время перехода на постоянный клетевой комплекс составило 9 мес.

При реконструкции шахты «Шушталепская» проходку клетевого ствола на центральной площадке выполняли с применением проходческого копра и временной подъемной машины, которые были использованы для подготовки гор. —|—60 м. После проходки и армирования ствола были выполнены следую­щие работы: демонтаж бадьевого подъема, породного бункера и другого про­ходческого оборудования; произведено армирование внутри копра; переобору­дована .подшкивная площадка; выполнен монтаж временного двухклетевого подъема на вагонетку 'ВГ-2,5; строительство временного надшахтного здания с оборудованием временного комплекса обмена вагонеток и монтажом ба­шенного опрокидывателя и другого оборудования (см. рис. 62). Продолжи­тельность работы от момента окончания армирования ствола до начала про­ведения горизонтальных выработок составила 7 мес.

По такой же схеме выполнены работы по оборудованию временного кле­тевого комплекса на реконструкции шахты «Октябрьская» при подготовке _ГОр. —юо м с нового клетевого ствола, при этом продолжительность перехо­да составила 8 мес.

Перед окончанием работ по реконструкции шахт такие временные клете­вые комплексы подлежат демонтажу и сооружаются постоянные клетевые комплексы, что по времени составляет 10—12 мес.

Как видно, клетевые стволы при строительстве и реконструкции шахт наиболее целесообразно к началу проведения выработок околоствольного дво­ра оборудовать постоянными клетевыми комплексами с максимальным исполь­зованием постоянной схемы откатки вагонеток в надшахтном здании, что создает благоприятные условия ведения горнопроходческих работ и исклю­чает длительную остановку ствола перед сдачей в эксплуатацию.

В Прокопьевско-Киселевском районе Кузбасса при выполнении работ по реконструкции и углубке шахт сложилась .практика передачи в распоряжение шахтостроителей для подготовки нижних горизонтов одного из трех углуб­ляемых стволов, породо-углубочного, оборудованного одноклетевым и одно­скиповым подъемами, или клетевого, оборудованного двухклетевым подъемом.

Так, дважды ори подготовке нижних горизонтов шахты «Тайбинская» в распоряжение шахтостроителей передавался клетевой ствол, а его функции по спуску-подъему людей, материалов и оборудования выполнял породо- углубочный ствол с одноклетевым подъемом.

После окончания работ по углубке ствола по схеме с выдачей породы на поверхность и использованием постоянных копра, подъемной машины и армировки, переход на постоянный клетевой подъем для подготовки нового горизонта составлял до 2 мес.

В случае использования породоуглубочного ствола для подготовки но­вого горизонта, что является основным вариантом для большинства шахт района, после окончания работ по углубке и армированию переход на по­стоянные подъемы выполняется в два этапа. Переход на постоянный одно­клетевой подъем с противовесом выполняется за 1,5-2 мес, а постоянный одноклетевой подъем для выдачи породы оборудуется после выполнения ком­плекса выработок по разгрузке вагонеток на подготовляемом горизонте через 8-9 месяцев.

Лекция 10. Углубка стволов.

Организация работ при углубке стволов

Основными видами работ при углубке стволов являются: вы­емка породы, возведение постоянной крепи и армирование.

Из 50 углубок стволов в Кузнецком бассейне последователь­ная схема работ применялась на 25 стволах, совмещенная на 24 и параллельная на одном стволе. В настоящее время на углуб­ке стволов применяется исключительно совмещенная схема ве­дения работ. Выемку породы выполняют с применением буро­взрывных работ.

Для бурения шпуров до последнего времени на всех углуб- ках применялись ручные бурильные машины типа ПР-24ЛУ, ПР-ЗОЛУ, ПР-ЗОРУ с одновременной работой в зависимости от диаметра и крепости пород от 6 до 14. Это объясняется тем, что серийно выпускаемые бурильные установки типа БУКС кон­струкции ЦНИИподземмаша могут применяться в комплекте с погрузочной машиной КС-2у/40, применение которой на углуб- ках стволов нецелесообразно (см. § 10).

С целью механизации бурения шпуров на углубке стволов за последние годы ЦНИИподземмаш разработал и провел про­мышленные испытания проходческих комплексов КС-7 и КС-12 с бурильными установками БУКС-2м.

Однако промышленные испытания комплекса КС-7 не дали положительных результатов, и дальнейшая разработка его пре­кращена, а комплекс КС-12 серийно не выпускается.

Впервые механизированное бурение шпуров бурильной уста­новки СМБУ-Зм конструкции КузНИИшахтостроя выполнено Прокопьевским ШПУ на углубке скипового ствола шахты «Тай- бинская» п/о Прокопьевскуголь. В этом же управлении в 1978 г. проводили промышленные испытания усовершенствован­ной модели бурильной установки СМБУ-4м на углубке клетево­го ствола шахты им. Калинина п/о Прокопьевскуголь.

По хронометражным данным на углубке скипового ствола шахты «Тайбинская» при бурении на заходку 80 шпуров глуби­ной 2,6 м среднее время бурения с подготовительно-заключи­тельными операциями составило около 3 ч и в отдельные циклы 2 ч 30 мин. Производительность труда проходчиков по сравне­нию с ручным бурением повысилась на 175%.

Схемы расположения шпуров в забое ствола при углубке полным сечением аналогичным схемам, применяемым при про­ходке стволов.

При углубке стволов с предварительной проходкой гезенка или бурения скважины большого диаметра паспорт буровзрыв­ных работ должен обеспечить необходимую кусковатость отби­той породы, чтобы не допустить забучивание гезенка или сква­жины.

Для бурения восстающих шпуров в гезенках при углубке стволов снизу вверх рекомендуется применение телескопных бу­рильных машин.

В связи с тем что углубку стволов выполняют в условиях

эксплуатационных шахт, большинство из которых относится к опасным по газу или пыли, запрещается применение сильных взрывчатых веществ — динамитов и скальных аммонитов.

Погрузку породы при углубке стволов в настоящее время выполняют пневмопогрузчиками типа КС-3.

Наибольшая производительность погрузки породы возможна при углубке с выдачей породы на поверхность, что обеспечи­вает независимость от работы эксплуатационной шахты, позво­ляет применять мощные подъемные машины постоянного типа, бадьи вместимостью до 2 м³ и транспортирование по­роды автосамосвалами.

Над созданием погрузоч­ных машин для проходки не­глубоких стволов и углубок работают ЦНИИподземмаш, ВНИИОМШС и КузНИИшахтострой.

Наиболее перспективной погрузочной машиной для углубки стволов является облегченный стволовой комплекс (ОСК) кон­струкции КузНИИшахтостроя,

При углубке ствола по схеме IV порода после взрывных ра­бот попадает в гезенк или скважину большого диаметра и спу­скается на подготовляемый горизонт, где она загружается в ва­гонетки. Спуск породы в гезенк по сравнению с погрузкой поро­ды в бадьи значительно ускоряет выгрузку породы из забоя, однако проходка самого гезенка обычным способом является весьма трудоемкой. С началом широкого применения проходче­ских комплексов типа КПВ-1 для проходки гезенков возможно увеличение объемов углубки стволов по этой схеме. Однако более перспективным при углубке является бурение скважин большого диаметра в направлении снизу вверх специ­альными бурильными установками и комбайнами.

Способы предотвращения забучивания породой буровых скважин при углубке стволов по этой схеме аналогичны используемым при проходке стволов с применением скважины большого диаметра.

Для возведения постоянной крепи при углубке стволов при­меняется монолитный бетон.

В зависимости от принятой схемы углубки и конкретных условий приготовление бетонной смеси выполняется на поверх­ности или в шахте.

На подавляющем большинстве углубок стволов в бассейне бетонная смесь доставляется автосамосвалами с централизо­ванных бетоносмесительных установок.

С широким использованием подвижных металлических опа­лубок преимущественное применение на углубке стволов полу­чил спуск бетонной смеси по трубам.

Независимо от схемы и шага углубки в углубляемой части ствола необходимо монтировать подвесной проходческий полок. При углубке стволов в Кузбассе наиболее распространена под­веска полков на двух лебедках и четырех ветвях каната, два из которых обычно крепят к опорам под предохранительной проб­кой (рис. 50, а).

Учитывая стесненные условия размещения оборудования, Сибгипрооргшахтострой разработал конструкцию подвески пол­ка на одной лебедке (рис. 50, б).

Полок подвешен на четырех ветвях одного каната. Одна ветвь закрепляется к мертвой опоре на уровне предохранитель­ной пробки, две ветви каната соединены системой двух шкивов, смонтированных под предохранительной пробкой, и последняя ветвь каната крепится к лебедке, установленной на поверхности или в шахте.

Тем же институтом разработана подвеска полка на направ­ляющих канатах бадьевого подъема с помощью трех лебедок (рис. 50, в).

Две ветви крайних направляющих канатов проходят через систему шкивов, установленных под верхним этажом полка, и крепятся к мертвым опорам под предохранительной пробкой. Средние направляющие являются двумя ветвями одного каната, один конец которого закрепляется на лебедке, а другой пройдя через систему шкивов, крепится к подшкивной пло­щадке.

Рисунок. Схемы подвески подвесного полка при углубке стволов:

/ — лебедка; 2 — подвесной полок; .3 — предохранительное устройство; 4 — опора