2.7. Проектирование вертикальных стволов
В составе ТЭО и рабочего проекта проектированию вертикальных стволов уделяется особое значение. Это обусловлено прежде всего значимостью вертикальных стволов в процессе эксплуатации. В настоящее время вертикальные стволы проектируются преимущественно круглого сечения. Крепление стволов круглой формы осуществляется бетоном и железобетоном, реже чугунными или железобетонными тюбингами. В основу расчета крепи положена величина горного давления, неравномерно распределенного по периметру ствола. Расчет крепи вертикальных стволов рекомендуется проводить по методикам расчета д.т.н., проф. Н.С. Булычева. Обеспечение требуемых эксплуатационных качеств крепи является одной из основных задач проектной организации. Вертикальный ствол угольной шахты находится в эксплуатации практически весь срок службы предприятия, поэтому к крепи кроме прочностных требований предъявляются требования водонепроницаемости, агрессивной стойкости и определенных аэродинамических характеристик. Притоки воды в ствол при эксплуатации не должны превышать 5 м3/час, а температура воздуха в стволе не должна опускаться ниже +20С. Проектирование строительства вертикального ствола начинается с определения размеров его поперечного сечения и пропускной способности.
2.8. Основные периоды строительства горного предприятия
Проект организации строительства должен предусматривать четыре основных периода строительства горного предприятия:
1. Подготовительный период строительства.
2. Первый основной период строительства.
3. Второй основной период строительства.
4. Пусковой период строительства.
Подготовительный период строительства шахт Подготовительный период строительства ствола или шахты в целом – промежуток времени между началом работ на шахте и началом проходки стволов. Объем работ подготовительного периода составляет от 10 до 14% полной сметной стоимости строительства шахт в освоенных и от 25 до 30% - в неосвоенных районах. Доля работ подготовительного периода составляет 30-45% от стоимости объектов шахтной поверхности, продолжительность – до 25% от общего времени строительства шахты. В соответствии с действующими нормативами продолжительность подготовительного периода при строительстве угольных шахт должна составлять в зависимости от объема и мощности будущего предприятия 12 – 16 месяцев.
В подготовительном периоде выполняют работы, связанные с технической подготовкой к проходке стволов и сооружению зданий шахтной поверхности. В состав подготовительного периода включают сооружение внеплощадочных объектов; строительство внутриплощадочных зданий, сооружений, монтаж оборудования по оснащению стволов к проходке и возведение временных и постоянных объектов, используемых для нужд строительства во время проходки стволов. Все объекты шахтной поверхности, строящиеся в подготовительном периоде, объединяются в комплексы, которые делят на две группы. В первую группу включают:
подъездные автодороги и площадки (автодороги к промплощадке, очистным сооружениям и отвалу породы; внутриплощадочные автодороги; площадки для размещения околоствольного оборудования, разгрузки и складирования конструкций и материалов); вспомогательные и складские сооружения;
административно-бытовые сооружения (временные инвентарные санитарнобытовые помещения для обслуживания строителей в "пионерный" период;
административно-бытовой комбинат для обслуживания подземных рабочих, занятых на проведении выработок, и рабочих, занятых на возведении объектов поверхности и монтаже оборудования в основном периоде строительства ствола или шахты);
теплоснабжение (котельная для обеспечения теплом зданий и сооружений; внеплощадочные сети теплоснабжения при отсутствии внутриплощадочной котельной; нвутриплощадочные сети теплоснабжения);
водоснабжение, канализация и отвод шахтных вод (подводящий водопровод к площадке; внутриплощадочные сети водоснабжения; резервуары, насосные станции; канализационный коллектор; внеплощадочные сети канализации; внутриплощадочные сети канализации и отвода шахтных вод);
электроснабжение, освещение и связь (подводящие линии электропередачи; подводящие линии связи к площадкам; понизительную электроподстанцию и временные линии электропередачи на площадке; освещение промплощадки).
Во вторую группу включают:
околоствольный комплекс для оснащения проходки ствола (проходческий или постоянный копер; здания подъемных машин; мобильное оборудование проходческих лебедок; вентиляторную с трубопроводами; калориферную; здание бурильной установки БУКС с тельферной эстакадой);
объекты для замораживания пород при проходке ствола (здание замораживающей станции; градирню и инженерные коммуникации; здание глинохозяйства для приготовления раствора) или объекты для тампонажа пород (тампонажный узел с инженерными коммуникациями; склад инертных);
объекты снабжения сжатым воздухом (компрессорную станцию с инженерными коммуникациями; градирню к компрессорной станции; сети сжатого воздуха).
В зависимости от горно-геологических условий и технологической схемы проходки стволов, производительности и месторождения шахты состав объектов и сооружений может изменяться.
Во время подготовительного периода выполняют работы как на отведенной под строительство промышленной площадке будущей шахты, так и вне ее. Такие объекты, как фланговые стволы, отстоящие на значительном расстоянии от центральной площадки, в большинстве случаев не выводят из понятия внеплощадочное строительство, т.к. составляют единый технологический комплекс. В первую очередь в подготовительный период сооружают дороги различного назначения. На площадке их выполняют временными по постоянной разметке, в местах пересечения будущих коммуникаций закладывают кожухи из труб соответствующего диаметра. Параллельно ведут работы по строительству объектов энерго- и теплоснабжения, которые включают в себя объемы по строительству линий электропередач, подстанций, котельных и компрессорных установок, необходимых и достаточных для нужд строительства. В каждом конкретном случае для строительства шахты проектом организации строительства на основе экономического анализа определяются источники энергоснабжения на период строительства, причем на разных этапах мощности источников отличаются на порядок и, как правило, в пусковой период должны быть введены постоянная котельная, подстанция и компрессорная установка. Для сокращения стоимости и сроков строительства необходимо максимально быстро вводить в строй действующие и использовать для нужд строительства постоянные здания и сооружения, в том числе объекты энергоснабжения (обеспечения электроэнергией, теплом, сжатым воздухом). До ввода постоянных источников необходимо использовать блочноконтейнерные передвижные установки в разном наборе по мощности в соответствии с расчетами. Работы подготовительного периода должны быть технологически увязаны с общим потоком основных строительно-монтажных работ и обеспечивать широкий фронт работ для строительных подразделений.
Первый основной период строительства
В шахтном строительстве первый период регламентирован СНиП 3.02.03-84. В первом периоде выполняют проходку и армирование стволов, приствольных камер и сопряжений с выработками на соответствующих горизонтах. В этом периоде осуществляют также сбойку между стволами или со скважиной для организации проветривания. Состав работ, количество выработок, проходимых совместно с проходкой и армированием ствола в первом периоде, зависит от условий и определяется проектом организации строительства. На объектах поверхностного комплекса в первом периоде осуществляют основные объемы земляных работ, строительство железнодорожных станций и путей, а также зданий постоянных подъемов и нулевых циклов зданий, которые располагаются на свободных площадках от передвижного проходческого оборудования, которое еще задействовано на строительстве стволов, и оборудования для ведения тампонажных работ. После окончания работ по проходке и демонтажа проходческого оборудования, не нужного для последующих технологических операций, приступают к армированию ствола.
С этого момента начинается подготовка к осуществлению работ по оснащению стволов клетями, т.е. от первого периода ко второму основному. В объемы работ входит строительство следующих сооружений:
− постоянного надшахтного здания вспомогательного ствола;
− вентиляторной установки для проветривания с калориферным каналом и калориферной;
− сооружений для обмена вагонов на поверхности и горизонтах;
− опрокидов шахтных вагонов;
− постоянных подъемов с навеской клетей;
− переоснащение подшкивных площадок;
− приведение в проектное состояние нулевой рамы и установка стволовых дверей в надшахтном здании и на горизонте;
− противопожарной защиты;
− водоотлива в шахте (во время второго периода водоотлив осуществляется из зумпфовой части насосами ЦНС, расположенными на горизонте);
− энергоснабжения, которое должно надежно обеспечить ведение горных работ второго периода;
− расширение отвалов породы в отведенных местах с учетом размещения породы при эксплуатации.
Основная цель первого периода – обеспечить эффективную работу во втором основном периоде.
Второй основной период
Второй основной период качественно отличается от первого существенным расширением фронта работ на поверхности и в околоствольном дворе, камерах скипового ствола. В это время осуществляют проходку наклонных и горизонтальных горных выработок, вскрывающих и подготавливающих пласт или группу пластов к отработке. Именно во втором периоде концентрируется на стройке большое количество горнопроходческих, горномонтажных, строительных бригад и соответствующая техника. Одним из самых ответственных участков во втором основном периоде является проходка выработок и сооружение камер околоствольного двора.
Пусковой период
Пусковой период строительства – завершающий и самый напряженный. В этот период численность работающих достигает максимальной величины, привлекаются специализированные организации на специальные виды работ: промвентиляция, лифтмонтаж, спецпожаротушения и огнезащиты,
стальконструкция, промсвязьмонтаж, шефмонтаж, наладчики различных ви-
дов оборудования и другие исполнители. Их количество обычно превышает
15 строительных, монтажных и наладочных организаций. Пусковой период длится, как правило, год. Как показывает опыт шахтного строительства, в период 1970 – 1999 г. генеральной подрядной организации даже на уровне треста не удается обеспечить достаточную эффективность в руководстве строительством средней мощности угледобывающего или перерабатывающего предприятия, шахты, разреза, обогатительной фабрики. Для достижения поставленной цели ввода в эксплуатацию пускового комплекса создается структура внутри действующих структур комбинатов, объединений или акционерных обществ. Создание структуры управления пусковым комплексомосуществляется совместным приказом подрядчика и заказчика. Назначаются руководитель пускового комплекса от головной организации подрядчика, заместители по комплектации оборудования от заказчика и заместитель по материально-техническому снабжению и транспорту. В приказе ответственными за ввод в эксплуатацию зданий, сооружений или узлов назначают конкретных руководителей шахтостроительных, монтажных или шахтопроходческих организаций. Управление строительством пускового комплекса осуществляется начальником комплекса и призвано координировать, формировать производственные связи всех подразделений, участвующих в строительстве, а также осуществлять множество функций организационного характера; координацию работы рабочих комиссий, подготовку заседаний государственной комиссии. Как правило, начальником пускового комплекта назначается первый руководитель крупной шахтостроительной акционерной компании (комбината), либо его заместитель. Каждый член штаба пускового комплекса возглавляет отдельный узел в общем объеме строительства и самостоятельно принимает решения, позволяющие ускорить и качественно улучшить процесс строительства.
Опыт показал, что создание на пусковых стройках штабов по руководству строительством дают положительный результат. В пусковой период штаб ежедневно работает на стройке, а отчет руководителей в различном составе ведется дважды в течение рабочего дня: утром 15-20 мин – очный рапорт, вечером – 1-1,5 часа – отчет о проделанной работе руководителей всех звеньев.
Лекция 4. Начало строения вертикальных стволов
Подземные сооружения — объекты промышленного, сельскохозяйственного, культурного, оборонного, коммунального и другого подобного назначения, создаваемые под дневной поверхностью, в массивах горных пород
Сооружение устья вертикального ствола
Объем проведения шахтных стволов в геологоразведочной практике составляет около 5% объема подземных выработок. Однако это наиболее ответственная и дорогостоящая часть горных работ при разведке и добыче полезных ископаемых. Через стволы шахт осуществляют подъем на земную поверхность полезного ископаемого, водоотлив, спуск в шахту различных материалов и оборудования, подачу свежего воздуха для проветривания горных выработок, спуск и подъем людей.
Глубина стволов при разведке месторождений колеблется в пределах 100-400 м, площадь поперечного сечения 6—12 м2. В зависимости от свойств пересекаемых пород и притока воды выделяют обычную (приток воды до 5 м3/ч) и специальными способами (приток воды более 5 м3/ч) проходку стволов. По длине ствол шахты состоит из устья 1, основной части 2, сопряжения с околоствольным двором 8 и зумпфа 4.
Комплекс работ по проходке стволов разделяется на два этапа: подготовительный и собственно проходку ствола. Устья разведочных шахт глубиной более 100 м должны крепиться сплошной несгораемой крепью или крепью с огнестойким покрытием. Длина закрепляемого участка должна быть не менее 5 м. Устья стволов разведочных шахт должны иметь сплошное ограждение высотой не менее 2,5 м; с рабочей стороны ограждения должны иметь двери и решетки. Проходка устья ствола начинается (подготовительный период) с фиксирования центра ствола и инструментальной разбивки его осей.
Устье сооружается обычно в более сложных горно-геологических условиях (чем остальная часть ствола).
При выборе конструкции, материалов и размеров крепи необходимо учитывать то, что крепь испытывает значительные нагрузки, которые слагаются из бокового горизонтального асимметричного давления грунтов, внешних вертикальных сил, передаваемых стойками копра, влияния фундамента колонн надшахтного здания или башенного копра, а также фундаментов подъемных машин и других возможных внешних нагрузок (вес крепи устья). С учетом этого обычно крепь устья рекомендуется выполнять из монолитного бетона или железобетона.
ОСНАЩЕНИЕ ДЛЯ ПРОХОДКИ УСТЬЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОТХОДА ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА
Общие положения
Устьем вертикального ствола называется его верхняя часть, выходящая на поверхность. В большинстве случаев устье сооружают в слабых, рыхлых, неустойчивых наносных породах, мощность которых колеблется в широких пределах. Поэтому глубину устья в каждом отдельном случае устанавливают проектом. Она равна 12-35 м.
В случае, когда коренные породы выходят на поверхность, устьем ствола является его участок протяженностью до отметки, расположенной ниже почвы проема для вентиляционных, калориферных, кабельных, трубных и других каналов.
Для защиты ствола от поверхностных вод устье сооружают на 0,15-0,20 м выше отметки поверхности промышленной площадки. В устье стволов, по которым подается свежий воздух, устанавливают стальные противопожарные ляды на нулевой отметке или на расстоянии 0,5-1,0 м ниже проема калориферного канала.
Наносные отложения пород, пересекаемые устьем, чаще представлены глинами, суглинками, песками, гравийно-галечниковыми отложениями, мергелями, мелом, сильно выветренными и нарушенными коренными породами.
Такие породы при незначительном насыщении их водой создают большие нагрузки на постоянную и временную крепь. Поэтому следует учитывать эти условия при выборе схемы оснащения, технологии работ, при сооружении технологического отхода и в расчете параметров временной и постоянной крепи. Для крепления устья в зависимости от назначения ствола, расчетных нагрузок и горно-геологических условий применяют бетон, монолитный железобетон, чугунные тюбинги или комбинированную крепь (чугунные тюбинги и монолитный бетон, железобетонные тюбинги и монолитный бетон).
Конструкция устья определяется назначением ствола и формой его поперечного сечения; величиной вертикальных нагрузок, передаваемых на устье сооружениями, опирающимися на него; мощностью, условиями залегания и физико-механическими свойствами горных пород, в которых сооружаются устья стволов; размерами проемов для каналов; материалом крепи; способом сооружения и организации проходческих работ ствола и устья и др. Опорный венец устья устанавливают в коренных породах. Выбор места размещения устья ствола производят во взаимной увязке с генеральным планом и расположением горных выработок. При расположении устьев стволов санитарно-защитные зоны следует предусматривать в соответствии с нормами проектирования горных предприятий. Участок ствола, непосредственно прилегающий к земной поверхности (включая устье ствола), предназначенный для монтажа стволопроходческих комплексов и начала их эффективной эксплуатации, называют технологическим отходом.
Глубина технологического отхода зависит от принятой технологической
схемы проходки и составляет: для совмещенной – 40-50 м, параллельной – до 70 м, при комбайновом способе проходки – до 25 м.
К проходке технологического отхода приступают после выполнения первоочередных работ подготовительного периода, связанных с освоением территории, отведенной под строительную площадку, сооружения магистральных инженерных линий и коммуникаций, а также разработки проекта производства работ.
Схемы оснащения
Наиболее часто применяются три основные варианта оснащения стволов для сооружения устья и технологического отхода. Выбор варианта производят на базе технико-экономического анализа. Первый вариант предназначен для стволов, где проектом предусматривается монтаж металлических копров (постоянных или проходческих временных).
Для проходки устьев вертикальных стволов и технологических отходов
используют известные передвижные установки, разработанные различными специализированными шахтостроительными организациями (ПК-1, ПАШ-100, ПАШ-150, НПУ, ПУ-1 и др., обеспечивающих выполнение операций проходческого цикла. При этом забой оснащается обычным облегченным оборудованием. Чаще для погрузки породы в бадьи используют породопогрузочные машины грейферного типа с ручным управлением КС-3, ПМС и другие, водоотлив – насосами Н-1м. Проветривание ведется по нагнетательной схеме вентиляторами типа ВМ по прорезиненным трубам, подвешенным на канате.
Постоянная крепь возводится с применением призабойной опалубки, бетонная смесь опускается в ствол в специальной емкости или по металлическим трубопроводам. Для технологического отхода используется либо опалубка, предназначенная для оснащения всего ствола, либо облегченная опалубка высотой до 2 м. В подготовительном периоде, одновременно с работами по проходке технологического отхода производят оснащение поверхности для сооружения всего ствола. Для этого осуществляют монтаж оборудования, предусмотренного проектом оснащения на проходку всего ствола передвижными проходческими лебедками, вентиляторами, подъемными машинами (передвижными, временными стационарными или постоянными). Производят подготовку оборудования для приствольного бетонно-растворного узла, канатов, бадей и производят в стороне монтаж проходческого копра, который затем надвигают на выполненные фундаменты.
По окончанию работ по сооружению технологического отхода демонтируют и выдают на поверхность забойное облегченное оборудование. Затем монтируют или надвигают копер с нулевой рамой и разгрузочным станком. На поверхности монтируют призабойную опалубку, опускают ее в ствол, а затем монтируют подвесной проходческий полок, породопогрузочные машины грейферного типа с механическим вождением, спасательную лестницу, технологические трубопроводы, проходческое оборудование освещения, связи и сигнализации. Тип и количество монтируемого оборудования, расположение его на поверхности и в стволе, продолжительность и стоимость оснащения ствола зависят от диаметра и глубины ствола, технологической схемы проходки, горно- и гидрогеологических условий и других факторов, и в каждом конретном случае определяются проектом.
Второй вариант оснащения используют для условий, аналогичных первому варианту. При этом варианте, для окончания работ по сооружению технологического отхода, предусматривается использование комплекса блочнопередвижного проходческого оборудования, разработанного Донгипрооргшахтостроем. После окончания проходки форшахты на 8-10 м, сооружения фундаментов под ноги копра и приствольного бетонно-растворного узла, на поверхности монтируют оборудование, с помощью которого выполняются проходческие работы оставшегося участка технологического отхода, а затем, после демонтажа облегченного забойного комплекса и монтажа стволового проходческого агрегата, продолжаются работы по проходке основной части ствола. Для этого, в зависимости от диаметра ствола в свету и его глубины, проектом принимают следующее передвижное, проходческое оборудование:
копровые комплексы КПК-1, КПК-2, КПК-3 (соответственно для
глубины 800; 1200 и 1600 м);
подъемные машины МПП-6,3, МПП-9, МПП-17,5 со статическими натяжными канатами соответственно 61,8; 88,2 и 171,5 кН или временные стационарные машины ЦР-4×3/0,7; ЦР-5×3/0,6; ЦР-6×3/0,6;
проходческие передвижные лебедки ПЛПО-5; ПЛПЭ-5А; ПЛПЭ-10м;
ПЛПЭ-10АМ; ПЛП-18Б; ЛПЭРП-6,3; ЛПЭП-6,3; ЛПЭП-10; ЛПЭП-16,
ЛПЭП-45; ЛППР-6,3; ЛПП-10; ЛПП-16; ЛПП-45 – грузоподъемностью 50, 100, 160, 250, 450 кН;
компрессорные станции ПКС-150 производительностью 150 м3/мин;
котельная установка (из 2-6 блоков) ПКУ-1/9-2Т;
высоковольтная распределительная установка ПРУ-6А на 6кВ;
трансформаторная подстанция БЭС-630; БЭС-400 мощностью 630, 400 кВА;
вентиляторная установка УПВЦП-16Б производительностью 25 м3/с;
административно-бытовой комбинат КБП-125 на 125 человек и др.
Такое оснащение можно использовать для стволов центральных площадок, для одиночных стволов, но особенно эффективно оно – для фланговых стволов, так как позволяет интенсифицировать производственный процесс проходки ствола, а также вести горнопроходческие работы второго основного периода с высокими технологическими скоростями и малыми затратами времени и средств на переоборудование ствола. Такие проектные решения для стволов, расположенных на флангах, обусловлены еще и тем, что здесь проектируются постоянные копры легкой конструкции и небольших размеров, а постоянные подъемные машины – малой мощности (например, инспекторский подъем). Такая шахтная подъемная установка не может обеспечить высокие скорости работ и использование современных стволовых комплексов, а также осуществлять подъемно-транспортные операции при проведении горизонтальных и наклонных выработок. Поэтому для сооружения стволов и проведения горнопроходческих работ второго основного периода, необходима установка проходческих копров и подъемных машин в блочнопередвижном варианте, с последующей их заменой на постоянные перед сдачей шахты в эксплуатацию.
Третий вариант предназначен в основном для глубоких стволов центральных площадок, где используются постоянные башенные железобетонные, металлические или смешанные копры. Станковые копры проектируют с учетом нагрузок от подвесного проходческого оборудования. Копры, изготовленные без учета этих нагрузок, должны использоваться с дополнительными несущими конструкциями. Там, где предусматривают железобетонные башенные копры, используют их нижнюю часть до отметки 35-45 м. Подъемные машины применяют как в блочно-передвижном варианте, так и временные стационарные. На один ствол устанавливают, как правило, две одноконцевые машины и полный комплект передвижного проходческого оборудования. Возможен вариант проходки с постоянной подъемной машины, установленной на башенном копре, но до глубины 1000-1200 м он экономически нецелесообразен.
Сооружение оставшегося участка технологического отхода и переход к проходке основной части ствола ведется аналогично описанной последовательности по второму варианту работ. После окончания работ по технологическому отходу и замены забойного технологического оборудования на высокопроизводительный стволовой комплекс типа КС, приступают к проходке ствола, проведению выработок, сопрягающихся со стволами, а также армированию и переоборудованию ствола.
По данным зарубежного опыта в каждом конкретном случае работы подготовительного периода и сооружения технологического отхода максимально совмещаются, однако в зависимости от местных условий принимаются различные технические решения. В ФРГ фирма "Тиссен" при оснащении стволов широко использует временные здания и проходческое оборудование. Наибольший интерес представляют работы по сооружению стволов на рудниках богатейших золотоносных и урановых руд, залегающих на глубине 2000 м и более, в ЮАР, где создана высокоэффективная техника и технология сооружения вертикальных стволов. Например, на руднике "БеффельсФонтейн" кампания "Дженерал Майнинг", где достигались высокие скорости проходки, подготовительный период длился от 2,5 до 3,5 лет. В этот период совмещались работы по оснащению стволов, велись работы по предварительному тампонажу водоносных пород. С использованием различных кранов велась проходка форшахты до глубины 10-11 м. Затем оснащали стволы временными проходческими копрами и машинами.
Первый период проходки
на разных стволах продолжался от 4 до 12 месяцев с временного оборудования, при этом стволы углубляли до 900 м и более. С глубины 1200 м осуществили переход на постоянное оборудование.
Оснащение устьев для проходки обычным способом
Для проходки устьев и технологических отходов в обычных горно-геологических условиях применяют комплексы оборудования КПШ, "Темп", НПУ и др.
Для оснащения поверхности при сооружении технологического отхода по бескопровой схеме применяют надствольное проходческое устройство НПУ, разработанное в республиканском объединении Укршахтострой. Устройство НПУ предназначено для проходки устьев и технологических отходов стволов диаметром до 9 м и глубиной до 60 м.
Надствольное проходческое устройство используют для подъема и спуска людей, материалов, оборудования, а также погрузочно-разгрузочных работах на поверхности и складирования материалов в рабочей зоне устройства. С помощью этого комплекса, оборудованного грейфером КС-2у/40, без постоянного присутствия людей в забое можно выполнять разработку грунта крепостью до 2-3 и выдавать его до глубины шейки 15-20 м этим грейфером на поверхность в бункер. При большей глубине погрузка осуществляется в бадьи. В более крепких породах применяется буровзрывной способ разрушения породы забоя ствола. Погрузка породы в бадьи может осуществляться при оснащении ствола двумя установками НПУ. Схема оснащения устья с применением устройства НПУ приведена на рис. 12.2.
Техническая характеристика НПУ
Кроме самого устройства НПУ в состав оборудования для оснащения устья входят оборудование для возведения постоянной крепи, снабжения забоя сжатым воздухом, вентиляции, маркшейдерского обслуживания, лебедки для подвески вспомогательного проходческого оборудования и др.
Лекция 5. ОСНАЩЕНИЕ СТВОЛОВ К ПРОХОДКЕ
Общие положения
Оснащение – это комплекс стволового проходческого оборудования, зданий и сооружений производственно-технологического, вспомогательного и санитарно-бытового назначения, инженерных коммуникаций и горнопроходческого оборудования на поверхности, подлежащих монтажу и производству строительных работ и обеспечивающих выполнение горных и строительномонтажных работ при строительстве шахты. В состав работ по оснащению входят: планировка промплощадки, сооружение устья ствола, подготовка к сооружению технологического участка ствола и его проходка, строительство зданий, сооружений (временных и постоянных), монтаж проходческого оборудования и копрового комплекса на поверхности, монтаж и опробование стволового проходческого оборудования, а также прокладка инженерных коммуникаций. К оснащению проходки ствола, как к одному из основных факторов, оказывающих существенное влияние на технико-экономические показатели не только сооружения стволов, но и шахты в целом, предъявляются повышенные требования. Это объясняется тем, что оснащение проходки стволов в значительной мере определяет темпы, продолжительность выполнения основных объемов горнопроходческих работ и ритмичность всего хода строительства шахты.
Технические решения по оснащению проходки вертикальных стволов должны обеспечивать:
минимальную продолжительность сооружения ствола;
минимальную стоимость и трудоемкость строительно-монтажных работ по оснащению;
высокую производительность подъемных установок по выдаче горной массы как при проходке ствола, так и при проведении горизонтальных горных выработок;
минимальную продолжительность переоснащения ствола для вроведения горизонтальных горных выработок, возможность строительства в подготовительном периоде и при проходке ствола постоянных зданий, сооружений и максимальное использование их для целей строительства;
высокий уровень индустриализации строительно-монтажных работ за счет широкого использования комплексно-блочных и мобильных инвентарных) зданий, строительных конструкций повышенной заводской готовности.
Технологические схемы оснащения проходки стволов
Технологические схемы оснащения вертикальных стволов характеризуются принятым типом подъемного комплекса, т.е. копра и подъемной машины, и условно подразделяются на три типа: постоянную, временную и комбинированную. Постоянная схема оснащения ствола предусматривает использование для проходки постоянного копра (башенного или металлического) и постоянной подъемной машины; временная схема – временных проходческих копров и подъемных машин; комбинированная схема – сочетание различных типов оборудования подъемного комплекса, например, постоянного копра и временных подъемных машин в передвижном варианте, и наоборот. Правильно выбранная технологическая схема оснащения ствола способствует достижению высокой производительности труда, высокого уровня механизации производственных процессов, позволяет сократить продолжительность и стоимость строительства горного предприятия. При выборе технологической схемы оснащения вертикального ствола необходимо учитывать назначение ствола, его диаметр и глубину, характеристику постоянного подъемного комплекса при эксплуатации стволов, принятую технологическую схему проходки ствола, использование ствола во втором периоде строительства. Рассмотрим сущность, область применения, достоинства и недостатки названных технологических схем оснащения.
Постоянная схема оснащения. После подготовки промышленной площадки к строительству над стволом сооружают постоянный металлический копер, монтируют металлоконструкции подшкивной площадки, разгрузочного станка, нулевой рамы. При этом если при проектировании копра не были учтены нагрузки от проходческого оборудования, то усиливают отдельные элементы копра. Вокруг ствола возводят здания и монтируют проходческое оборудование для сооружения ствола. В качестве подъемных машин используют постоянные подъемные машины, при этом учитывают, что их производительность должна обеспечивать высокие скорости проходки ствола и проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. После проходки и армирования ствола производят его переоснащение для работы по постоянной схеме. По этой схеме оснащения к началу работ требуется запроектировать копер, выполнить деталировочные чертежи и изготовить металлоконструкции постоянного копра. Кроме того, при использовании постоянных подъемных машин необходимо их заказать и получить от заводов-изготовителей как сами подъемные машины, так и комплектующее электрооборудование.
В связи с этим постоянная схема характеризуется значительным увеличением сроков оснащения ствола к проходке по сравнению с временной схемой, но вместе с тем позволяет снизить стоимость оснащения и продолжительность переходного периода от проходки ствола к строительству горизонта шахты.
Применение постоянной схемы наиболее целесообразно для оснащения клетевого ствола, расположенного на центральной площадке будущей шахты, так как позволяет значительно сократить переходной период переоснащения подъема с бадей на клети. В то же время, как показывает практика, при постоянной схеме из-за определенных ограничений и стесненных условий достичь больших темпов проходки ствола не удавалось. Оснащение главного ствола к проходке по постоянной технологической схеме вообще нецелесообразно, так как во втором периоде строительства постоянный скиповой комплекс использованным быть не может, а выполнение работ по этой схеме связано с большой трудоемкостью и значительным увеличением сроков оснащения, а следовательно, и сроков строительства шахты в целом. Кроме того, постоянные подъемные машины имеют большие установочные мощности, что приводит к нерациональному расходу электроэнергии.
Применение постоянных металлических и монолитных бетонных башенных копров в сочетании с многоканатными подъемными машинами имело место при строительстве шахт им. А.А. Скочинского, "Шахтинская-Глубокая", "Должанская-Капитальная" и других, однако, эта схема характеризуется сложностью технических решений по переоборудованию многоканатных подъемных машин и постоянных копров. Из-за больших переделок с постоянного на временное в башенном копре, а затем с временного на постоянное этой схемой не реализуется главный критерий – экономическая целесообразность ее применения. Существенным недостатком этой технологической схемы является большая продолжительность оснащения, составляющая от 1,5 до 2,5 лет, низкие темпы проходки и увеличение срока строительства всей шахты, как минимум, на 2 года. В связи с этим постоянная схема оснащения в последние 20 лет не находит широкого применения.
Временная схема оснащения. Данная схема имеет различные арианты в зависимости от типа постоянного копра, предусмотренного проектом на период эксплуатации шахты. При использовании в дальнейшем башенного копра схема оснащенияствола к проходке сводится к следующему. На промышленной площадке сооружают проходческий копер, монтируют временные подъемные машины (передвижные или стационарные), возводят комплекс зданий, сооружений устанавливают проходческое оборудование. После проходки ствола временный копер демонтируют, возводят постоянный башенный копер и монтируют многоканатные подъемные машины. Армирование ствола по этой схеме целесообразно вести во время монтажа многоканатных подъемных машин с использованием временных подъемных машин и проходческих лебедок. После этого навешивают подъемные сосуды, монтируют обменные и загрузочные устройства, проводят горизонтальные и наклонные горные выработки.
Недостатком этого варианта временной схемы является большая длительность строительства ствола. Такой вариант имеет ограниченное распространение и может быть рекомендован для применения только в случаях, когда по условиям строительства не допускается возведение башенного копра до проходки ствола, например, при специальных способах проходки верхней части ствола.
Разновидностью временной схемы является схема оснащения с использованием временного проходческого копра с последующей надвижкой постоянного металлического башенного копра. Технологическая последовательность работ по оснащению и проходке ствола соответствует последовательности первого варианта, за исключением армирования, которое выполняют с временного копра. Во время проходки и армирования ствола в стороне от ствола на монтажной площадке сооружают постоянный башенный копер, который после проходки ствола по накаточным путям надвигают в проектное положение. По продолжительность строительства ствола эта схема является наиболее эффективной. К недостаткам схемы относится необходимость дополнительных затрат на усиление элементов копра для надвижки и устройство накаточных путей. В случае, когда на период эксплуатации шахты предусмотрено использование постоянного металлического копра, временная схема оснащения ствола к проходке состоит в следующем. Аналогично описанным вариантам, в подготовительном периоде над стволом сооружают временный проходческий копер, возводят здания, сооружения и монтируют проходческое оборудование, используемое при проходке ствола. Во время проходки ствола в стороне от него монтируют постоянный металлический копер, который после проходки и армирования ствола надвигают в проектное положение. К этому моменту должны быть смонтированы постоянные подъемные машины.
Проведение горизонтальных и наклонных горных выработок осуществляют с использованием постоянных подъемных машин. Если по производительности постоянные подъемные машины не могут обеспечить проведение горных выработок в установленные сроки, то их проводят с использованием временного копра и временных подъемных машин. Переход на постоянные подъемные машины в этом случае производят перед сдачей шахты в эксплуатацию. При массовом применении проходческих копров из крупноразмерных элементов, передвижного проходческого оборудования и мобильных зданий эта схема по продолжительности строительства ствола, стоимости и трудоемкости строительно-монтажных работ по оснащению является наиболее предпочтительной по сравнению со всеми остальными схемами.
Благодаря сокращению сроков оснащения до 5-6 месяцев временная схема оснащения с использованием блочно-передвижного оборудования получила в настоящее время широкое распространение. Эта схема успешно используется повсеместно. Главным недостатком этой схемы является увеличение стоимости оснащения и продолжительности переходного периода на переоснащение с бадей на клети.
Комбинированная схема оснащения стволов с использованием временных или постоянных копров и подъемных машин в различных сочетаниях довольно широко применяется на практике. Примером комбинированной схемы может быть схема оснащения с использованием постоянного башенного копра и временных подъемных машин. Оснащение по данной схеме производится в следующей последовательности. После выполнения первоочередных работ на промышленной площадке по подготовке к строительству возводят постоянный башенный копер (железобетонный или металлический), монтируют в нем проходческое оборудование, на поверхности сооружают здания и монтируют оборудование для проходки ствола. В период проходки и армирования ствола заканчивают строительные работы в башенном копре и монтируют многоканатные подъемные машины. Выдача породы при проведении горизонтальных и наклонных выработок осуществляют с использованием постоянных подъемных комплексов. Преимуществами рассмотренной схемы по сравнению с первым вариантом временной схемы являются меньшая продолжительность строительства ствола благодаря совмещению работ по возведению башенного копра с работами подготовительного периода и меньшая металлоемкость проходческих металлоконструкций в копре. Недостатком является ограничение по строительству зданий и монтажу проходческого оборудования в зоне действия кранов, используемых для возведения башенного копра. Схема получила распространение в Донецком бассейне (Украина), где на центральных стволах, как правило, предусматривают башенные копры.
По сравнению с наилучшим вариантом временной схемы они характеризуются большей продолжительностью оснащения, кроме того, использование в таких схемах постоянных подъемных машин или копров не всегда может обеспечить необходимые скорости проходки ствола по техническим причинам. Однако, такая схема позволяет сократить капитальные затраты на строительство и продолжительность переходного периода. Комбинированная схема в определенных условиях может быть наиболее экономически целесообразной, но в любом случае ее применение должно подтверждаться соответствующим технико-экономическим расчетом.
Унификация схем оснащения
Одним из направлений повышения технико-экономических показателей при строительстве стволов является применение унифицированных технических решений, в том числе и для схем оснащения проходки. Унификация схем оснащения, принятая в угольной промышленности, выполнена на базе унифицированных схем сечений и армировок вертикальных стволов, разработанных для угольных шахт. Унифицированные схемы сечений предусматривают для всех типов стволов и диаметров (6; 7 и 8 м) 12 типоразмеров сечений и армировок. Основные принципы, положенные в основу унификации схем оснащения, следующие:
применение буровзрывного способа при совмещенной схеме проходки ствола;
проходку стволов осуществляют с использованием проходческих копров из крупноразмерных элементов на быстроразъемных соединениях;
широкое использование для оснащения поверхности передвижного проходческого оборудования и мобильных зданий различного назначения;
для одного диаметра ствола единая схема размещения проходческого оборудования в сечении ствола независимо от функционального назначения и армировки ствола;
максимальная унификация металлоконструкций копровых комплексов и проходческого оборудования для стволов всех диаметров;
использование для проходки стволов бадей большей вместимости и проходческого оборудования, обеспечивающих высокие скорости проходки;
технические решения, обеспечивающие минимальные затраты времени и средств для перехода от проходки стволов к армированию и к проведению горизонтальных и наклонных горных выработок;
выполнение строительно-монтажных работ по оснащению индустриальными методами.
Унифицированные схемы оснащения вертикальных стволов диаметром 6м предусматривают использование бадей вместимостью 3 м3 (на период армирования – 1 м3), погрузочной машины КС-2у/40, бурильной установки БУКС-1м, труб вентиляции диаметром 900 мм, двух трубопроводов подачи бетонной смеси диаметром 150 мм, трубопровода сжатого воздуха диаметром 200 мм, кабелей, маневровых канатов, трехэтажного проходческого полка, спасательной лестницы, подвесного насоса и секционной опалубки для крепления ствола. Для стволов диаметром 7 и 8 м предусматривают использование бадей вместимостью 5 м3 и более, погрузочной машины 2КС-2у/40 или КС-1м, двухэтажного проходческого полка. Привязки подвесного проходческого оборудования к осям ствола для диаметров 7 и 8 м одинаковы, что позволяет для этих стволов иметь один копровый комплекс (за исключением нулевой рамы).
Лекция 6 Основные принципы размещения проходческого оборудования
При размещении горнопроходческого оборудования в стволе и на поверхности необходимо принимать решения, которые обеспечивают:
максимальное использование постоянных зданий и сооружений при строительстве;
групповое расположение проходческих лебедок, обеспечивающее удобство монтажа, обслуживания и нормальной эксплуатации, особенно в осен-
не-зимний период;
создание таких планировочных решений, при которых системы транспор-
та горной массы и бетонной смеси позволяют бесперебойно выполнять
горнопроходческие работы при максимально возможной загрузке техно-
логического транспорта;
удобство, безопасность и быстроту подачи в ствол и выдачи из него забойного оборудования и технологических трубопроводов;
компоновку и конструкцию сооружений и оборудования (сооружений по отводу и очистке шахтных вод, породного отвала, котельных установок и др.), при которых вредное воздействие процессов при проходке ствола на окружающую среду было минимальным;
полную безопасность работ проходческого цикла;
технологичность выполнения как основных процессов горнопроходческого цикла (погрузки горной массы, бурения шпуров, крепления), так и вспомогательных (навески трубопроводов, перегонов подвесных полков и опалубок, ремонта или замены стволового оборудования, осмотров ствола, подвесного оборудования и др.);
соответствие конструкций подвесного полка, нулевой рамы, разгрузочного станка, подшкивной площадки условиям прочности, крупноблочного монтажа и безопасности работ.
При расположении оборудования, зданий и сооружений, входящих в комплекс оснащения поверхности, необходимо руководствоваться следующими требованиями:
временное оборудование, здания и сооружения не должны размещаться на местах, отведенных по генеральному плану под постоянные здания, сооружения и инженерные коммуникации;
временные АБК размещать в стороне от дороги, ведущей на отвал породы, но поблизости от ствола;
электростанции располагать вблизи от основных потребителей электроэнергии – подъемных машин, компрессорных станций;
при использовании компрессоров с низковольтными двигателями устанавливать трансформаторы для преобразования электроэнергии непосредственно возле компрессорных станций;
временные здания и сооружения располагать так, чтобы оставались проезды вокруг копра (ширина не менее 15 м) для большегрузных автомобилей и для откатки грузов на поверхности во втором периоде строительства шахты;
здания и сооружения располагать вокруг ствола так, чтобы можно было использовать технику для очистки территории промплощадки от снега и просыпавшейся породы около течек разгрузочного станка;
котельную и склад ГСМ располагать с учетом розы ветров;
блочно-передвижные подъемные машины для проходки ствола размещать впереди подлежащих монтажу во втором периоде стационарных (временных или постоянных) подъемных машин;
при выборе подъемного оборудования более предпочтительной является схема с использованием двух одноконцевых подъемных машин;
станции технического обслуживания бурильного оборудования располагать против проемов в копре, чтобы подавать к стволу бурильные установки, обеспечивая их транспортировку одним видом транспорта (тельферная или узкоколейная дорога);
расстояние между блочно-передвижным оборудованием должно обеспечивать расчетную длину струны каната, углы девиации подъемных машин и лебедок в соответствии с требованиями правил и технических норм; под породными лотками разгрузочного станка должно предусматриваться железобетонное покрытие площадью не менее 25 м2.
Расположение Eт1087 проходческого оборудования в сечении вспомогательного ствола зданий и сооружений на поверхности при оснащении комплексом передвижного оборудования показано на рисунке.
Рисунок. Схема расположения проходческого оборудования в сечении вспомогательного ствола:
1-трубопровод сжатого воздуха; 2-канат для подвески полка; 3-бадья для технологического отхода; 4-трубопровод вентиляции; 5-трубопровод водоотлива; 6,9-трубопровод для подачи бетонной смеси; 7-канат подвески; 8-направляющий канат (канат для подвески опалубки); 10-бадьи вместимостью 5м3; 11-спасательная лестница
Блочно-передвижные проходческие лебедки
В практике шахтного строительства для размещения проходческого оборудования и коммуникаций при оснащении стволов необходимо произвести выбор проходческих лебедок и канатов, на которых все оборудование подвешивается в стволе. Для проходки вертикальных стволов рекомендуется использовать лебедки нового поколения типа ЛПЭП (ГОСТ 7828-80) и установки передвижные проходческие серии ЛПП.
Передвижные проходческие лебедки типа ЛПЭП (рис. 4.7) со статическим натяжением каната 63 – 450 кН поставляются заводами в открытом исполнении (т.е. без помещения контейнерного типа), поэтому для их использования следует предусматривать строительство временных зданий. Лебедки типа ЛПЭП должны устанавливаться на унифицированные фундаментные блоки многократного использования и доставляться на строительную площадку в собранном виде на трейлерах или по железной дороге. На базе серийно выпускаемых лебедок по чертежам Донгипрооргшахтостроя Шахтинский ремонтно-механический завод ОАО "Ростовшахтострой" выпускает блочно-передвижные проходческие лебедки с базовым оборудованием полной заводской готовности всех модификаций, необходимых для оснащения вертикального ствола к проходке.
Блочно-передвижные проходческие лебедки состоят из следующих основных узлов: базовой проходческой лебедки, металлической рамы в сборе, металлического корпуса с проемом для пропуска каната, окнами и дверью. Крыша съемная и может отделяться от корпуса при замене или ремонте крупногабаритных деталей лебедки.
В блоке установлен дублирующий пульт управления, пусковая аппаратура, датчик ограничения натяжения каната типа ОНК, установленный на поворотной опоре, которая обеспечивает перемещение и поворот датчика в зависимости от положения каната на барабане и наклоне его в пределах 25-40° относительно линии горизонта. Пульт этого прибора устанавливается в металлическом шкафу. Лебедки в блочно-передвижном варианте устанавливаются на унифицированных блоках типа БФ. Количество и расположение блоков указывается в паспорте.
Транспортировка такого вида оборудования в полной заводской готовности производится трайлером или железнодорожным транспортом, если расстояние перевозки превышает 300 км.
Общий вид блочно-передвижных проходческих лебедок представлен на рисунке.
