Факторы, влияющие на выбор технологии проведения шурфов

Проходка шурфов осуществляется в горных породах с различными физико-механическими свойствами. Это один из основных факторов. Свойства пород, влияющие на выбор технологических операций и режимов проходческих работ, носят название горно-технологических свойств. К ним в первую очередь следует отнести сопротивляемость пород отделению от массива и разрушению отделенных частей. Это свойство горных пород определяет выбор способа и величину затрат энергии на основную проходческую операцию – отбойку и иногда дробление породы в забое шурфа. В соответствии с трудностью отбойки и дробления породы при проведении шурфов целесообразно разделить на три группы.

1. Плывучие, рыхлые и мягкие породы, выемка которых не требует значительных затрат энергии и поэтому осуществляется без их предварительного разупрочнения. Рыхление их производится непосредственно во время выемки. К таким породам относятся плывуны и разжиженные грунты, песок, гравий, растительная земля, торф, неплотные глины, суглинки и лесс. Коэффициент крепости этих пород по шкале М.М. Протодьяконова не превышает 0,8− 1.

2. Средней плотности и крепости породы, выемка которых механическим способом достигается при значительных усилиях. В эту группу включаются глинистые сланцы, мергели, отвердевшая глина, сцементированная галька, мел и пр. Коэффициент крепости их варьирует в пределах от 1 до 1,5–2. С целью повышения эффективности выемки производится предварительное разрыхление породы.

3. Крепкие скальные породы, требующие перед выемкой предварительного разрыхления, осуществляемого главным образом с помощью взрывных работ. К ним относятся некоторые осадочные (разнообразные сланцы, песчаники, известняки, доломиты, мерзлые породы и др.) породы и большинство изверженных и метаморфических образований. Коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова более 2. При поисковых и изыскательских работах шурфы проходятся обычно в породах первой и второй групп. Проходка шурфов с целью разведки месторождений осуществляется также и в породах третьей группы, причем часто по мере углубления шурфа группы пород меняются.

Большое влияние на технологию проходки оказывает устойчивость пересекаемых шурфом пород, так как от нее зависят необходимость крепления горной выработки и выбор конструкции крепи. Между крепостью и устойчивостью пород не всегда прослеживается прямая зависимость, крепкие породы в ряде случаев могут быть неустойчивыми, в то время как породы средней плотности и крепости и даже мягкие могут обладать значительной устойчивостью. Проф. М.И. Агошков выделил применительно к проходке шурфов следующие группы пород по степени устойчивости:

1. Весьма неустойчивые, не допускающие обнажения боковых стенок выработки и даже требующие применения опережающей крепи. К ним относятся плывуны, сыпучие и рыхлые породы и грунты, насыщенные водой.

2. Неустойчивые, допускающие небольшие обнажения стенок шурфа и требующие прочного крепления их вслед за продвиганием забоя. Отставание крепи от забоя должно быть меньше расстояния между опорными венцами крепи. К таким породам относятся влажные пески, слабо сцементированный гравий, обводненные или сильно разрушенные породы средней плотности и крепости.

3. Средней устойчивости, допускающие обнажение стенок выработки на относительно большой площади, при которой отставание крепи от забоя превышает величину пролета между опорными венцами крепи. В эту группу входят достаточно уплотненные мягкие породы, а также многие породы средней крепости и иногда крепкие и трещиноватые породы.

4. Устойчивые, при которых шурф может быть пройден на всю глубину без крепления. К ним могут относиться мягкие, средней крепости и крепкие породы.

Осадочные отложения характеризуются различной устойчивостью (вплоть до устойчивых). Метаморфические и изверженные породы обычно отличаются повышенной устойчивостью и относятся чаще к третьей и четвертой группам.

Отнесение пород к той или иной группе по устойчивости зависит не только от свойств пород, гидрогеологических и климатических условий проходки, но и от ряда других факторов – размеров и формы поперечного сечения шурфа, его глубины, времени проходки и даже конструкции применяемой крепи.

Предлагаемое разделение пород, как, впрочем, и все известные в литературе классификации устойчивости пород, не позволяет точно определить допускаемую величину обнажений и является несколько условным. Следует иметь в виду, что со временем под действием горного давления, процессов выветривания и воды устойчивость пород во многих случаях снижается, мерзлые породы теряют свою устойчивость при оттаивании.

Другими факторами, определяющими выбор технологии проведения шурфов, являются объем и концентрация шурфопроходческих работ, сезонность работ, мощность наносных отложений, трудозатраты на перебазировку машин и механизмов с объекта на объект и др.

Для практики разведки месторождений характерно чрезвычайное разнообразие концентрации шурфопроходческих работ на производственных участках. Количество шурфов на них исчислялось десятками и сотнями, расстояние между разведочными линиями составляло 250–750 и 1500 м, а между шурфами в линиях колебалось от 750–1000 до 40–20 м и менее. Годовые объемы шурфопроходческих работ на отдельных участках достигали 300–500, иногда 1000 м, в наиболее крупных геологических управлениях – 70−150 тыс. м.

При возможности применения механизированных способов рассматривается вопрос их экономической целесообразности с учетом объемов и концентрации работ.

Можно выделить три вида технологических схем проходки разведочных шурфов в зависимости от способа разрушения породы на забое и уровня механизации:

– с использованием ручных инструментов для отделения слабых пород от массива;

– с использованием буровзрывного способа;

– механизированным способом.