книги / Технология строительства подземных сооружений. Строительство вертикальных выработок
.pdf14. СТРОИТЕЛЬСТВО СТВОЛОВ БОЛЬШОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
14.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Стволы и вертикальные выработки большой площади попе речного сечения (80 м2 и более) проходят при строительстве
гидроэлектростанций — уравнительные шахты |
диаметром |
10— |
20 м и глубиной до 80 м; на обогатительных |
фабриках — под |
|
земные камеры дробления, наносные станции |
и т. п.; для |
фун |
даментов кузнечно-прессового оборудования и в доменном про изводстве; в городском подземном хозяйстве для перекачных насосных станций и на объектах специального назначения.
Способ строительства вертикальных выработок большого сечения определяется геологическими условиями. В обводненных породах эти выработки проходят с применением специальных способов. В крепких устойчивых породах для строительства стволов большой площади поперечного сечения применяют бу-. ровзрывные работы.
Особенностью строительства рассматриваемых выработок являются значительные размеры поперечного сечения, что не позволяет полностью использовать технику и технологию, ко торые применяются при строительстве стволов в горнодобываю щей промышленности.
Значительные размеры поперечного сечения определяют большой объем работ. Для проходки 1 м ствола диаметром 15—25 м необходимо пробурить и зарядить 150—400 шпуров, взорвать 200—700 кг ВВ, погрузить и поднять на поверхность 350—1000 м3 разрыхленной породы, уложить в постоянную крепь до 50 м3 железобетона.
Работы по строительству вертикальных выработок большого сечения разделяются на работы подготовительного периода и
собственно проходку выработок.
В подготовительный период проводят работы по строитель ству автомобильной дороги, линий'электропередачи и Телефон ной связи, строительство временных зданий и сооружений—• административно-бытового комбината, складских помещений, компрессорной, бетонорастворного узла и других объектов. В это время в выработках глубиной более 15 м проходят устье и мон тируют горнопроходческое оборудование.
При строительстве устья глубиной до 10—15 м" применяют
две схемы организации работ. |
П е р в а я — бульдозером или |
экскаватором роют котлован, в |
котором возводят воротник, |
далее вынимают'пород'у на глубину устья, устанавливают опор
ный венец и снизу вверх возводят |
монолитную бетонную или |
|||
железобетонную |
крепь. Породу поднимают |
автокраном. |
При |
|
в т о р о й с х е м е |
(рис. 14.1) устье |
проходят |
открытым |
спосо- |
бом — экскаватором роют котлован 1 глубиной до 10 м. Поро да из котлована транспортируется в автомобилях по наклонной траншее 2. Для выемки породы могут быть использованы само ходные скреперы и частично бульдозеры. После выемки породы на всю глубину устья снизу вверх возводят монолитную бетон ную или железобетонную крепь 3. Указанную технологию при меняют также при строительстве вертикальных выработок боль шой площади поперечного сечения глубиной до 15 м.
14.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА
Стволы большого сечения в устойчивых породах строят в основном с применением буровзрывных работ; Отбойка и раз рушение породы могут быть осуществлены, двумя методами: мелкошпуровая отбойка и разрушение породы взрыванием глу боких скважин.
При мелкошпуровой отбойке породы в забое, как и при про ходке стволов обычных диаметров, выполняют те же основные проходческие процессы: бурение шпуров, заряжание^ взрывание, погрузку породы и крепление.
При разрушении |
породы взрыванием глубоких |
скважин |
в пределах контура |
поперечного сечения ствола и на |
всю его |
глубину бурят скважины диаметром 200—250 мм, которые за ряжают ВВ. После взрывания зарядов во всех скважинах при ступают к выемке породы и креплению выработки.
В зависимости от последовательности работ по выемке по роды и возведению постоянной-крепи применяют последователь
ную и -совмещенную схему проходки. |
с х е м е |
п р о х о д к и |
|
П р и |
п о с л е д о в а т е л ь н о й |
||
(рис. 14.2) |
производят выемку породы |
на величину одного зве- |
Рис. 14.2. Последовательная схема проходки с подъемом породы в бадьях;
а —выемка породы; |
б — возведение крепи; 1—погрузочная |
машина; |
2 — |
|
бадья; 3 — автокран; |
4 —разгрузочный бункер; 5 —временная |
крепь; |
б — |
|
анкеры; 7 — опалубка; 8 — бетонопровод |
|
|
|
|
на с возведением |
временной крепи, а затем в этом же звене |
|||
возводят постоянную крепь в направлении снизу |
вверх. |
Раз |
||
мер звена в зависимости от устойчивости пород |
и |
диаметра, |
ствола принимают' 8—15 м. Эту схему применяют в крепких и устойчивых породах, когда возможно поддержание породных стен сравнительно длительный период (две-три недели).
П р и с о в м е щ е н н о й с х е м е сначала производят выемку породы на величину проходки, равную подвиганию забоя за один цикл, а затем возводят постоянную крепь, т. е. работы по креплению входят в проходческий цикл.
При большой насыщенности забоя проходчиками возможно совмещение работ по возведению крепи'с бурением шпуров и
.погрузкой породы.
Совмещенную схему применяют при строительстве стволов в малоустойчивых породах, склонных к обрушению. Возведение бетонной крепи или железобетонной с высокой грузонесущей способностью вслед за выемкой породы предотвращает обру шение породных стенок.
Недостатком схемы является наличие холодных швов, кото рые снижают качество (монолитность) крепи и увеличивают ее
водопроницаемость. По этой причине в уравнительных шахтах на гидроэлектростанциях после проходки ствола на полную глубину снизу вверх возводят бетонную или железобетонную «рубашку» толщиной 30—40 см. Возведение бетонной «рубаш ки» увеличивает стоимость и время строительства ствола.
В зависимости от места транспортирования породы различа ют схему строительства с подъемом породы в бадьях на поверх
ность и схему строительства при спуске |
разрушенной |
породы |
||
на нижний горизонт под действием собственного веса. |
Во вто |
|||
ром случае до начала работ по проходке |
в пределах |
сечения |
||
ствола должна быть пройдена выработка |
или скважина боль |
|||
шого диаметра. |
|
|
|
|
14.3. СТРОИТЕЛЬСТВО СТВОЛОВ ПРИ МЕЛКОШПУРОВОМ |
|
|||
МЕТОДЕ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ И ПОДЪЕМЕ |
|
|
||
ПОРОДЫ В БАДЬЯХ |
|
|
|
|
При строительстве |
стволов большого |
диаметра |
буровзрыв |
|
ным способом форма |
забоя может быть |
сплошная, |
уступная, |
ступенчатдя и спиральнообразйая (рис. 14.3).
При сплошной форме забоя шпуры располагают по концент
рическим окружностям с клиновым врубом. |
стволах |
Разработку породы сплошным забоем применяют в |
|
диаметром до 13— 15 м. Забой ствола имеет плоскую |
горизон |
тальную поверхность, что упрощает организацию погрузки по роды и бурения шпуров. Однако перед взрыванием все оборудо вание, находящееся в забое, должно подниматься на поверх
ность, что является недостатком этой схемы.
При уступной форме забоя площадь сечения ствола обычно разделяется на две равные части. Буровзрывные работы и по-
грузка породы производится поочередно в каждой части. Обо рудование во время взрывных работ можно не поднимать на поверхность земли, а размещать его в той части забоя, где они не производятся (рис. 14.3,а).
Недостатками такой организации работ являются увеличение затрат времени на подготовительно-заключительные работы по бурению и погрузке породы, а также необходимость проветри вания ствола после взрывания.
При ступенчатой форме забоя площадь сечения ствола раз деляется на две-четыре в зависимости от его диаметра ступени высотой 1,5—2,5 м и шириной 2—2,5 м (рис. 14.3,6).
При спиральнообразной форме забою ствола придается вид полосы' шириной m (рис. 14.3,в).
Полоса примыкает к вертикальным стенкам ствола по винто вой линии, продольный уклон которой равен допускаемому ук лону для работы погрузочной машины на гусеничном ходу t=0,055-î-0,06. В центральной части забоя оставляется целик
диаметром d= 6ч-7 м, обеспечивающий |
защиту проходческого |
оборудования от разлета взрываемой породы. |
|
Ширина • спиральнообразной полосы |
m=RnР— (З-т-3,5), где |
Япр— радиус ствола в проходке. Высота забоя колеблется в пре делах 2—4 м. При такой форме забоя, последний разбивается на шесть-семь равных секторов, в каждом из которых после довательно производятся работы по бурению шпуров, заряжа нию и взрыванию шпуров, погрузке' породы, т. е. все основные работы постепенно перемещаются по винтовой поверхности за боя ствола.
Расчет параметров буровзрывных работ производят в зави симости от принятой формы забоя ствола. При сплошном забоё расчет параметров и организация буровзрывного комплекса ве дется по формулам и в порядке, изложенным в разд. 4.
При формах забоя ствола, приведенных на рис. 14.3, расчет параметров буровзрывных работ осуществляют по методике шпуровых зарядов на карьерах.
Шпуры располагает рядами в шахматном порядке. Расчет ную линию наименьшего сопротивления Wp для уступа высотой 1,5—2 м можно принимать: для пород с /= 5-f-9 ТРр = 1,25-т- -г-1,4 м, для пород с f = 10-г-12 WP=*1,15-*-1,2 м. Расстояние меж
ду шпурами в ряду (м) |
a=mWp, где m — коэффициент сближе |
ния, равный 1,1—1,2. |
рядами (м) В = Ц7Р(1—0,1ЛУ), где йу — |
•Расстояние между |
высота уступа, которая принимается равной 1,5—2 м; Глубина шпуров (м) /ш=/у+0,3 И?р.
Масса заряда в шпуре (кг) Q=0,7 qaWPhy>где q — удельный расход ВВ, кг/м3.
Удельный расход ВВ для аммонита № 6ЖВ может быть принят из табл. 14.1.
Высота |
|
|
Значение |
q (кг/м3) при |
коэффициенте |
крепости |
|
уступа, м |
0<2 |
3 - 4 |
5—6 |
7—8 |
9 -1 0 |
12—>14 |
16—20 |
|
|||||||
1 |
0,29 |
0,33 |
0,38 |
0,42 |
0,46 |
0,50 |
0,54 |
1,5 |
0,25 |
0/29 |
0,33 |
0,38 |
0,42 |
0,46 |
0,5 |
2 — 6 |
0 ,2 1 |
0,25 |
0,29 |
0,33 |
0,38 |
0,42 |
0,46 |
При других ВВ удельный, расход (кг/м3) q=qi36QIP, где q1— удельный расход аммонита № 6ЖВ (см. табл. 14.1); Р — работоспособность принятого ВВ, см3.
Для взрывания центральной части забоя и образования вто рой плоскости обнажения по диаметру ствола располагается клиновой вруб. Масса заряда в клиновом врубе принимается на 15—20% больше массы заряда в остальных шпурах.
При ступенчатой форме забоя в каждом уступе располага ются два ряда шпуров (см. рис. 14.3,6).
Расчет буровзрывного комплекса для каждого уступа про изводят по изложенным выше формулам.
Ширина, уступа d=2Wv+b+C, где С— расстояние от второ
го ряда шпуров до вертикальной породной стены. |
породы |
||
Расчет буровзрывного■комплекса' для разрушения |
|||
в центральной части |
выработки производится |
по формулам, |
|
изложенным в разд. 4. |
|
|
|
Бурение шпуров |
производится ручными |
перфораторами, |
|
В стволах диаметром |
более 15 м для бурения |
шпуров |
могут |
применяться самоходные буровые каретки и самоходные буро вые станки (табл. 14.2).
Для снабжения бурового оборудования сжатым воздухом используются стационарные или передвижные компрессоры. Подача сжатого воздуха производится по двум-трем ставам труб, укрепленным к крепи ствола. Ставы труб заканчиваются воздухораспределителями, к которым присоединяются шланги.
Взрывают шпур электрическим и |
реже |
огневым |
способом |
по очереди, окружностям или рядами. |
При |
взрыве |
шпуров по |
всей площади забоя оборудование из ствола поднимают на по
т а б лиц а 14.2
П оказатель |
Карелки |
|
Станки |
||
КБШ -1м |
СБУ-70у |
ПБУ-50 |
• СБП-55/85 |
||
|
|||||
Диаметр шпура, мм |
40—46 |
65—85 |
46—55 |
55—85 |
|
Глубина бурения, м |
2,75 |
До 50 |
До 25 |
До 35 |
|
Число перфораторов |
2 |
1 |
1 |
2 |
|
Марка перфоратора |
ПТ-36 |
БУ-70 |
БГУ-50 |
ПК-75 |
|
Ходовая часть |
Пневмоколесная |
Пневматическая |
верхность земли. При взрыве шпуров на половине площади забоя (уступный забой) оборудование размещают на второй невзрываёмой площади забоя и накрывается щитами, предохра няющими его от повреждения взорванной породой.
Ствол после, взрыва ВВ проветривают по нагнетательной схеме вентиляторами по трубам. Для сокращения времени проветривания забоя устанавливают два, а в стволах значи тельного (150—200 м2) сечения три вентилятора, которые рас полагают по периметру ствола на равном расстоянии друг от друга. Свежий воздух нагнетают по прорезиненным, реже ме таллическим трубам. Став вентиляционных' труб также крепят к крепи ствола. Расчет вентиляции и выбор оборудования про водят по формулам, приведенным в разд. 5.
Погрузку породы в бадьи выполняют двумя-тремя машина ми КС-3 с ручным вождением грейфера. Производительность КС-3 не соответствует объему работ, и применение этих машин является вынужденным, так как промышленность не выпускает более совершенного оборудования, отвечающего условиям по^ грузки породы при проходке стволов большой площади попе речного сечения.
Погрузочные машины подвешивают на канате тихоходной пятитонной лебедки, установленной на поверхности земли. В стволах диаметром до 13—15 м погрузочная машина распо лагается в центральной части ствола, в стволах большого диаметра — у стен ствола. Для крепления подвесных блоков по хорде укладываются двутавровые балки. Более совершенным является подвешивание погрузочной машины на автокране. Применение автокрана позволяет размещать погрузочную ма шину по всему периметру ствола, что упрощает организацию работ по погрузке породы. Взорванную породу подгребают
кпогрузочной машине бульдозером или скрепером.
Встволах значительного диаметра с уступной формой забоя
погрузку |
породы целесообразно производить |
экскаватором |
||||||
с ковшрм |
вместимостью 0,5—0,75 м3 |
или тракторным погруз |
||||||
чиком, а |
также ковшовой |
погрузочной |
машиной. |
Применение |
||||
этих |
машин |
обеспечивает |
выполнение |
трех работ— перемеще |
||||
ние |
породы |
к месту погрузки, погрузку |
породы |
в |
бадьи и за |
чистку забоя.
Породу поднимают в несамоопрокидных бадьях объемом 1,5—2 м3. Применяют два типа подъема: устанавливают копер ■с подъемной машиной или применяют передвижные подъемные
установки. |
в а р и а н т е на стволе |
монтируется |
проходче |
В п е р в о м |
|||
ски й копер. При |
этом две ноги копра |
опираются на |
воротник |
ствола, а две ноги на двутавровую балку, которая укладывает ся.на воротник по хорде ствола. В нижней части копра уклады вается прочный настил с проемами для бадей и ставов труб, на
настиле устанавливается разгрузочный станок с желобами, на копре устанавливаются шкивы. Для подъема бадьи монтирует ся подъемная машина. Бадьевое отделение отшивается. В зави симости от диаметра ствола и способа взрывания породы (по всему,забою или частями) монтируется одна или две такие ус тановки.
•Достоинство схемы: для подъема породы применяют обыч ное проходческое оборудование, которое распространено при проходке стволов нормального сечения. .Это.облегчает комплек
тацию оборудования. При этом варианте |
подъем |
работает |
||
в обычном для проходки стволов режиме, что |
облегчает |
его |
||
эксплуатацию. |
в |
одной |
или |
двух |
Недостаток схемы: подъем сосредоточен |
точках, что обусловливает необходимость транспортирования всей породы к пунктам погрузки. Это увеличивает время и тру
доемкость погрузки. У ствола монтируют |
копер и |
подъемную |
||
машину, что увеличивает время |
и стоимость подготовительных |
|||
работ. |
в а р и а н т е |
подъем |
породы |
проводится |
П ри в т о р о м |
||||
автокранами или |
экскаваторами. Автокраны и |
экскаваторы |
должны быть переоборудованы для условий подъема, в частно сти, оснащены вторыми тормозными устройствами. При этом варианте сокращается время подготовительных работ и имеется возможность перемещения пунктов погрузки, что уменьшает объем перемещаемой к бадье породы.
После погрузки породы в стволе сверху вниз возводят вре менную .крепь. ' В крепких устойчивых породах в качестве вре менной крепи применяют швеллерные кольца с з.атяжкой -и ан керы с сеткой. Временная крепь из швеллерных колец по ана логии с временной крепью на стволах' нормального сечения со стоит из сегментов, которые соединяются в кольцо штыревыми замками. Кольца подвешивают на крючья. Пространство между кольцами и породными стенками закрепляют затяжками. Про филь швеллера и расстояние между кольцами предопределяют ся диаметром ствола и устойчивостью пород. В стволах большо го диаметра кольца временной крепи имеют малую меткость. По этой причине кольца временной крепи закрепляют к пород
ным стенкам с помощью анкеров. Расстояние |
между |
анкера |
|
ми в кольце принимают 2—4 м; длина анкеров |
1,5—2 м. |
|
|
Временная крепь из швеллерных колец отличается большим |
|||
расходом металла и трудоемкостью |
возведения. Более |
совер |
|
шенной является временная крепь из |
анкеров |
с металлической |
|
сеткой. После проходки ствола на 1 |
м по породным |
стенкам |
|
раскатывается металлическая сетка, |
которая |
«пришивается» |
к породе анкерами. Анкеры на расстоянии 2—4 м устанавлива ют в два ряда в шахматном порядке с расстоянием' между рядами 0,7—0,8 м.
Недостаток этой крепи заключается в том, что при взрыве породы часто нарушается сетка. Поврежденные места в сетке выправляются или вырезаются и заменяются новой. В крепких породах с незначительной трещиноватостью породные стенки закрепляются анкерами.
В качестве временной крепи в породах крепких, но трещи новатых необводненных целесообразно использовать набрызгбетонную крепь и в сочетании ее с анкерной. Эта крепь при благоприятных условиях может служить и как постоянная, если не .предъявляется требование относительно гладкой поверх ности стенок ствола.
Постоянную монолитную бетонную или железобетонную крепь возводят на величину звена (при последовательной схеме проходки) или заходки (при совмещенной схеме) снизу вверх. Временная анкерная крепь или анкерная с металлической сет кой при этом не извлекается. В устойчивых породах при возве дении постоянной крепи временную крепь из швеллерных колец разбирают и выдают на поверхность для последующего исполь зования. В породахменее устойчивых кольца временной крепи не разбирают, удаляют только затяжки, в слабых же породах вместе с кольцами оставляют и затяжки.
Для возведения постоянной крепи применяют металличе скую инвентарную или деревянную опалубку высотой 1—1,5 м, которую при последовательной схеме проходки крепят к пород ным стенкам ствола.анкерами. При совмещенной схеме проход ки опалубка устанавливается на породный забой и с внутрен ней стороны укрепляется наклонными подкосами.
При возведении постоянной крепи на высоту звене первое кольцо устанавливают на породный забой, раскрепляют, подко сами, а последующие скрепляют с ранее установленными и с породными стенками ствола. Для установки опалубки и уклад ки бетонной смеси сооружают подмости, которые крепят к ра нее установленной опалубке или используют передвижные люльки. Бетонную смесь спускают с поверхности по трем-пяти ставам труб, расположенным равномерно по периметру ствола.
Способ проходки стволов большого диаметра с подъемом породы на поверхность в бадьях имеет существенный недоста ток — высокую трудоемкость работ по погрузке и подъему по роды, что снижает производительность труда й скорость строи тельства.
14.4.ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СТВОЛА
СПЕРЕДОВОЙ ВЫРАБОТКОЙ
Сущность |
этого способа заключается в |
следующем |
|
(рис. |
14.4). До |
началё строительства ствола в центральной его |
|
части |
проходится передовая выработка 1, которая |
в дальней- |
Рис. 14.4. Схема проходки стволов с передовой выработкой
шем используется для спуска породы из забоя ствола в распо ложенный ниже тоннель 2. В тоннеле взорванную породу по грузочной машиной 3 грузят в вагонетку 4 или в автомашину и транспортируют в отвал. В первое время погрузки порода из забоя ствола поступает в передовую выработку самотеком. В дальнейшем при зачистке забоя порода подгребается к пере довой выработке. Целесообразно применять, уступную форму забоя, при котс>рой значительно уменьшается объем подгребае мой породы.
Спуск взорванной породы через передовую выработку позво ляет значительно сократить время погрузки породы и повысить скорость проходки. Этот способ может применяться в случаях, когда под стволом пройдена горизонтальная выработка'. Обычно такой способ применяют на строительстве гидроэлектростанций при проходке уравнительных шахт, под которыми всегда прохо дят тоннель для транспортирования воды.
Передовую выработку проходят сверху вниз или снизу вверх (форма выработки круглая, диаметр 3—5 м ).
Проходку передовой выработки сверху вниз применяют в случае, когда под стволом еще не пройден тоннель и когда ствол располагается -в ’ трещиноватых неустойчивых породах.
Техника, технология и организация проходки передовой вы работки сверху вниз аналогичны проходке стволов нормального поперечного сечения по совмещенной схеме. Толщину бетонной крепи принимают минимальной. Целесообразно передовую вы работку крепить анкерной крепью с металлической сеткой. Пе редовую выработку снизу вверх проходят в случаях, когда тон нель пройден, а породы устойчивы. Передовую выработку целе-