Лукьянов В.Г. Горные машины и проведение горно-разведочных выработок

Подождите немного. Документ загружается.

251

Техническая характеристика машин КШК-30А и КШС-40М дана ниже.

Тип машины ................................................

Диаметр шурфа, мм ....................................

Максимальная глубина бурения, м ...........

Частота вращения инструмента, с

–1

..........

Основные размеры, мм:

длина ............................................................

ширина .........................................................

высота ..........................................................

Масса агрегата в комплекте, кг .................

КШК-30А

1200-1300

0,18; 0,37

8030

2700

3610

6600

КШС-40М

1300

0,33

8500

3200

3900

17000

Бурение шурфа производится следующим образом: при вращении

бура режущие лезвия и пикобур разрыхляют грунт, который проходит

через окно в дне бура внутрь. Одновременно ножи-расширители среза-

ют грунт по верхнему контуру стенок и сбрасывают в бур. После на-

полнения бура грунтом штанге дается обратный ход на пол-оборота.

При подъеме бура

ножи-расширители складываются, и бур свободно

проходит внутрь закрепленного участка шурфа. При выходе из шурфа

открывается крышка бура и последний освобождается от грунта. За

один цикл бур углубляется на 160…170 мм.

Копатель шахтных колодцев КШС-40М состоит из следующих основ-

ных узлов: базового автомобиля «Урал-375Е», рамы привода генератора,

лебедки подъема

бура, трехбарабанной лебедки, левого и правого конвейе-

ров, подъемника, привода бура, собственно бура, бурового снаряда, вышки,

захвата обсадных колец, прицепа, гидросистемы, электрооборудования.

Установка оборудована специальной лебедкой для подъема обсад-

ных труб. Для удаления породы от устья шурфа имеется ленточный

конвейер производительностью 35 м

/ч; дальность выгрузки грунта 4 м.

Скважины большого диаметра бурят при поисках и разведке место-

рождений полезных ископаемых, их добыче, инженерных изысканиях.

Особенно велико значение этих работ при поиске и разведке россыпных

месторождений золота, олова, алмазов и пр.

Скважины большого диаметра по своим техническим параметрам

могут буриться вместо проходки неглубоких шурфов

, что способствует

сокращению трудоемкости шурфопроходческих работ, комплексной

механизации их проведения, сокращению стоимости.

Буровые установки для бурения скважин большого диаметра под-

разделяются на предназначенные только для бурения скважин большого

252

диаметра и для бурения скважин небольшого диаметра, но которые при

незначительном переоборудовании могут быть использованы для буре-

ния скважин большого диаметра.

Техническая характеристика буровых установок приведена в табл. 30.

Контрольные вопросы

1. Техника и технология проходки шурфов в мягких породах.

2. Крепление шурфов при проходке в мягких породах.

3. Техника и технология проходки шурфов в крепких породах.

4. Механизированная проходка шурфов.

253

ГЛАВА 19. ПРОВЕДЕНИЕ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ

§ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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 добы-

че полезных ископаемых. Через стволы шахт осуществляют подъем на

земную поверхность полезного ископаемого, водоотлив, спуск в шахту

различных материалов и оборудования, подачу свежего воздуха для про

ветривания горных выработок, спуск и подъем людей.

Рис. 92. Разрез ствола

Глубина стволов при разведке

месторождений колеблется в пре-

делах 100…400 м, площадь попе-

речного сечения 6…12 м

В зависимости от свойств пе-

ресекаемых пород и притока воды

выделяют обычную (приток воды

до 5 м

/ч) и специальными спосо-

бами (приток воды более 5 м

/ч)

проходку стволов.

По длине ствол (рис. 92) шах-

ты состоит из устья 1, основной

части 2, сопряжения с около-

ствольным двором 3 и зумпфа 4.

Комплекс работ по проходке

стволов разделяется на два этапа:

подготовительный и собственно

проходку ствола.

§ 2. СООРУЖЕНИЕ УСТЬЯ 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 ограж-

дение высотой не менее 2,5 м; с рабочей стороны ограждения должны

иметь двери и решетки.

254

Проходка устья ствола начинается (подготовительный период) с

фиксирования центра ствола и инструментальной разбивки его осей.

Устье сооружается обычно в более сложных горно-геологических ус-

ловиях, чем остальная часть ствола. При выборе конструкции, материалов и

размеров крепи необходимо учитывать то, что крепь испытывает значи-

тельные нагрузки, которые слагаются из бокового горизонтального

асим-

метричного давления грунтов, внешних вертикальных сил, передаваемых

стойками копра, влияния фундамента колонн надшахтного здания или ба-

шенного копра, а также фундаментов подъемных машин и других возмож-

ных внешних нагрузок (вес крепи устья). С учетом этого обычно крепь

устья рекомендуется выполнять из монолитного бетона или железобетона.

Устье ствола сооружают по

двум схемам производства работ: 1) до мон-

тажа временного копра; 2) после монтажа временного копра и полного его

оснащения, а также монтажа подъемных машин.

По схеме 1 устье ствола сооружают в неустойчивых породах, по

схеме 2 – в устойчивых.

По схеме 1 работы по сооружению устья осуществляют следующим

образом. После контрольного бурения скважин и изучения геологического

разреза приступают к выемке породы вручную или механизированным

способом в зависимости от крепости пород и объема работ. Затем возводят

монолитную бетонную или железобетонную крепь. В геологоразведочных

шахтах крепь устья может быть и деревянной, но обработанной огнестой-

ким покрытием. Опорный венец крепи устья закладывается в коренных или

плотных породах. Глубина внедрения

в коренные породы 1,5…2,0 м. При

проведении ствола с использованием буровзрывных работ до начала возве-

дения постоянной крепи ствол углубляют на 3…5 м ниже основного венца.

После закрепления верхней части устья (на глубину 4…5 м) присту-

пают к установке на ней основной (нулевой) рамы. Она служит для пере-

крытия устья ствола, устройства ляд

и надежного предохранения людей и

различных предметов от падения в ствол. Расположение отдельных эле-

ментов основной рамы определяется размещением оборудования в стволе,

проектным расположением расстрелов армировки и увязывается с балка-

ми верхней разгрузочной площадки копра и натяжной рамы в стволе.

Основная рама состоит из металлических балок и деревянных

брусьев, соединенных

болтами и хомутами. Размер металлических дву-

тавровых балок (№ 25–55) рамы принимают в зависимости от диаметра

ствола и прочно крепят анкерными болтами к крепи устья. Основная

рама не должна возвышаться над уровнем нулевой отметки. Проемы для

бадей закрываются лядами.

255

При сооружении устьев стволов разведочных шахт после подготовки

места закладки ствола, инструментальной разбивки устанавливается вре-

менная рама-шаблон. Она изготовляется из деревянных брусьев сечением

250 × 250 или 300 × 300 мм. При прямоугольном сечении ствола рама-

шаблон имеет прямоугольную форму, при круглом – восьмиугольную.

Пальцы для устойчивости заделывают в бетон. По раме ведут ориенти-

ровку направления

ствола при сооружении устья и к ней подвешивается

временная крепь. По окончании сооружения устья рама-шаблон заменя-

ется на основную раму.

После установки основной рамы приступают к дальнейшему со-

оружению устья.

§ 3. ПРОВЕДЕНИЕ ОСНОВНОЙ ЧАСТИ СТВОЛА

Проведение основной части ствола включает три необходимых ви-

да работ:

выемку породы;

возведение постоянной крепи;

армирование.

В основу классификации схем проведения стволов положен принцип

технологической взаимосвязи и последовательности работ по подвиганию

забоя и возведению постоянной крепи, а также по проведению ствола в

целом и его армированию. Соответственно выделяют следующие схемы:

•

равномерное производство работ звеньями по выемке породы и

возведению постоянной крепи (последовательная схема работ);

•

совместное (в одном звене) производство работ по выемке породы и

возведению постоянной крепи (параллельно-щитовая схема работ);

•

производство работ по выемке породы и возведение крепи в приза-

бойном пространстве в одном звене, при этом крепление отстает от

забоя на 3 м (совмещенная схема проходки).

Армирование ствола, т. е. установка расстрелов, навеска проводни-

ков, прокладка труб и кабелей, а также оборудование лестничного отде-

ления могут быть осуществлены по двум

схемам:

после окончания работ по выемке породы и возведению постоян-

ной крепи на полную глубину ствола (сооружение с последующим

армированием);

отдельными звеньями совместно с выемкой породы и возведением по-

стоянной крепи (сооружение ствола с одновременным армированием).

256

Рис. 93. Технологические схемы проходки вертикальных стволов

При последовательной схеме (рис. 93, а) ствол по глубине разделяют

на участки или звенья. Высота звена зависит от устойчивости боковых

пород. В слабых породах высота звена (заходки) принимается 10…15 м,

в крепких устойчивых породах – 20…40 м. В зарубежной практике на

отдельных стволах величину заходки принимают 5…7 м.

При деревянной крепи высота звена принимается

равной 5…20 м.

В каждом звене, начиная с верхнего, производят выемку породы, а за-

тем возводят постоянную крепь. При выемке породы могут применять вре-

менную крепь или проходка ведется без нее. После закрепления очередного

звена крепью начинается выемка породы в следующем звене и т. д. Недос-

татки схемы: углубка ствола периодически

останавливается на время, не-

обходимое для возведения постоянной крепи; значительны затраты вре-

мени на выполнение вспомогательных работ (переходы, отвалка породы

к возведению крепи). Достоинства схемы: простая организация и малый

объем работ по оснащению ствола.

Скорость строительства стволов при этой схеме низкая и составля-

ет 15…25 м/мес (максимальная – 62 м/мес).

257

В настоящее время последовательную схему применяют при строи-

тельстве стволов в неустойчивых и водоносных породах с использова-

нием специальных способов, а также при строительстве стволов и шур-

фов небольшой (до 100 м) глубины.

Строительство стволов при разведке месторождений сооружают

только по этой схеме из-за небольшой их глубины и крепления деревом.

Последовательную схему без временной крепи применяют при строи-

тельстве стволов в крепях устойчивых пород с набрызгбетонной кре-

пью. При этой схеме производится углубка ствола на 7…10 м, после че-

го с подвесного полка сверху вниз возводят постоянную набрызгбетон-

ную крепь.

При проведении стволов по параллельной схеме (рис. 93, б) выде-

ляют схемы

с временной крепью, со щитом-оболочкой и без временной

крепи (рис. 93, в, г). При данной схеме выемка породы и возведение по-

стоянной крепи осуществляются одновременно в двух смежных звень-

ях, так как крепление производится с отставанием от выемки породы на

одно звено. После того, как забой ствола продвинется на 10…12 м

ниже

горизонта, предназначенного для начала возведения постоянной крепи,

выемку породы прекращают и на границе звеньев устанавливают не-

подвижный предохранительный полок (натяжной предохранительный

полок), с которого начинают возведение постоянной крепи. Одновре-

менно ниже полка (в следующем звене) возобновляют дальнейшую вы-

емку породы. Работа организуется таким образом, чтобы к моменту

окончания выемки

породы в пределах данного звена крепление в пре-

дыдущем звене также было закончено. Ввиду того, что скорость возве-

дения крепи в 2–4 раза выше скорости выемки породы, число рабочих

смен по креплению предусматривают меньше, чем при выемке породы.

Недостатки параллельной схемы с временной крепью: сложная орга-

низация работ – основные операции (выемка

породы и возведение посто-

янной крепи) проводятся на двух горизонтах, что уменьшает безопасность

работ; частые перерывы в работах – во время перемещения по стволу под-

весного полка все работы в забое прекращаются; перекрытие ствола по

вертикали натяжной рамы подвесным полком нулевой рамы, что осложня-

ет тахограмму подъема и снижает его производительность; наличие

крепи

из металлических колец – увеличивает время и трудоемкость работ.

Максимальная скорость проходки по параллельной схеме с времен-

ной крепью равна 202,1 м/мес, средняя – 50…70 м/мес, при параллель-

но-щитовой схеме установлены рекордные скорости строительства

стволов в Донбассе – 390,1 и 401,3 м/мес.

258

Параллельную схему строительства без временной крепи применяют

в зарубежной практике в крепких, устойчивых породах. В забое ствола

производят работы по выемке породы. Постоянную крепь возводят свер-

ху вниз с подвесного многоэтажного полка при помощи передвижной

опалубки с поддоном. Подвесной полок расположен от забоя на расстоя-

нии 20…25 м. При такой схеме была

достигнута скорость 381,3 м/мес.

Совмещенная схема предусматривает выполнение операции по вы-

емке породы и возведению постоянной крепи в одном звене. Эта схема

может быть применима в двух вариантах:

•

выемка породы и возведение постоянной крепи осуществляются в

одном звене (параллельно-щитовая схема), т. е. работы в забое вы-

полняются в основном совместно, частично – последовательно;

•

выемка породы и возведение постоянной крепи осуществляются с пол-

ным совмещением, при этом крепление и выемка породы выполняются

разобщенно на небольшом расстоянии по высоте ствола (3…5 м).

Совмещенная схема при частично последовательном выполнении опе-

раций характеризуется тем, что все операции выполняются непосредственно

на забое. Распределение операций крепления и выемки породы на

каждые

4…8 м ствола позволяет выполнять их независимо без задержек и помех.

Такая схема применима при устойчивых породах, не требующих

временного крепления.

Совмещенную схему при параллельном выполнении операций

применяют при скоростном сооружении стволов.

По совмещенной схеме в настоящее время строят 95–98 % всех

стволов в горнодобывающей промышленности. В разведке встречаются

отдельные случаи

строительства стволов, к примеру сооружение ство-

лов в ПГО «Самаркандгеология».

Средние скорости проходки стволов по совмещенной схеме состав-

ляют 65…80 м/мес. Максимальная скорость строительства 321 м/мес.

Совмещенная схема может применяться при строительстве стволов лю-

бой глубины в устойчивых породах.

При последовательной и параллельной схемах проходки ствола ар-

мирование производится

в пределах каждой заходки (звена) после воз-

ведения постоянной крепи. При совмещенной схеме проходки приме-

няют два варианта организации работ. При первом варианте ствол уг-

лубляют на 3…4 м, прекращают работы по выемке породы и возведе-

нию крепи и проводят монтаж одного яруса армировки.

При втором варианте работы по армированию частично

совмещают

с проходкой ствола. Для установки расстрелов и лестничного отделения

в стволе монтируется второй подвесной полок специальной конструкции.

259

К достоинствам рассматриваемой схемы относятся: сокращение

времени переходного периода от проходки ствола к проведению гори-

зонтальных выработок; упрощение оснащения ствола постоянным подъ-

емом благодаря наличию армировки, а также сокращение расхода каната.

Рекордная скорость строительства ствола с постоянным армирова-

нием 92 м/мес. Эффективность схемы увеличивается при применении

постоянного копра и подъемной

машины.

§ 4. ПРОЦЕССЫ ПРОХОДЧЕСКОГО ЦИКЛА

Технология проведения стволов при обычных способах состоит из

следующих процессов: бурения, заряжания и взрывания шпуров, про-

ветривания забоя, водоотлива, уборки породы (операции погрузки и

подъема), установки временной или постоянной крепи, армировки ство-

ла (если она производится одновременно с проходкой).

Удельные затраты на буровзрывные работы в общем цикле проход-

ческих работ

составляют 25–30 % при породах с коэффициентом крепо-

сти f = 6…8 по шкале М.М. Протодьяконова и достигают 45–50 % и бо-

лее при f = 10…15.

Поэтому существенную роль приобретают вопросы выбора ВВ,

конструкции заряда, типа вруба, количества и глубины шпуров и пр.

Шпуры при сооружении стволов бурят ручными пневматическими

бурильными машинами – перфораторами типа ПП или

буровыми уста-

новками типа БУКС (табл. 31, рис. 94).

Число перфораторов, одновременно работающих в забое, п = S

вч

уд

где S

вч

– площадь ствола вчерне, м

; S

уд

– площадь забоя на один перфо-

ратор, равная 4…5 м

, на скоростных проходках S = 1,5…2 м

Таблица 31

Показатели Тип установки

Бурильная установка

Диаметр ствола в свету, м

Число бурильных машин

Глубина бурения шпуров,

не более, м

Величина хода автоподатчика, м

Возможный угол наклона бурильной

машины, градус

Расстояние между шпурами, мм

БУКС-1м

5,5…9

4,2

4,5

800

БУКС-1му

5,5…9

4,2

4,5

800

БУКС-2м

4,5…8

2,4

2,7

600…800

СМБУ-4м

5,5…8

4,2

2,7

600…800

260

Рис. 94. Бурильная установка БУКС-1м: 1 – распорная колонка; 2 – податчик;

3 – бурильная машина

Установки типа БУКС-1му и БУКС-2м оснащены бурильными го-

ловками БГА-1м, что позволяет бурить шпуры в породах с f = 14…16.

В установках БУКС-1у2 и БУКС-1у5 предусмотрена возможность при-

менения бурильных машин типа ПК, что дает возможность бурить по-

роды с f < 20.

При выборе типа ВВ и СВ

руководствуются требованиями Единых

правил безопасности при взрывных работах, определяющими возмож-

ность применения различных ВВ и СВ в зависимости от условий прове-