Технологические схемы проведения (сооружения) стволов шахт

Сооружение ствола включает три основных вида работ: выемку породы, возведение постоянной крепи и армирование. В зависимости от последовательности зыполнения работ по выемке породы и возведению крепи применяются следующие пять технологических схем проходки стволов: последовательная, параллельная, параллельно-щитовая, совмещенная с передовой выработкой.

Армирование ствола, т.е. установка расстрелов, навеска проводников, прокладка труб и кабелей, а также оборудование лестничного отделения могут быть осуществлены по двум схемам:

– после окончания работ по выемке породы и возведению постоянной крепи на полную глубину ствола (сооружение с последующим армированием);

– отдельными звеньями совместно с выемкой породы и возведением постоянной крепи (сооружение ствола с одновременным армированием).

Последовательная схема проходки ствола предусматривает равномерное производство работ по выемке пород и возведению постоянной крепи.

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.

После подвигания забоя на полную величину звена с применением временной крепи или без неё работы по выемке породы прекращают, сооружают опорный венец и приступают к возведению постоянной крепи с подвесного полка в направлении снизу вверх.

В такой последовательности работы повторяются в каждом звене. Недостаток этой схемы – периодическая остановка проходки на период возведения постоянной крепи; значительные затраты времени на выполнение вспомогательных работ (переходы от выемки породы к возведению крепи); низкие скорости проходки. Достоинства – простая организация и малый объем работ по оснащению ствола. Скорость строительства стволов при этой схеме составляет 15−25 м/мес (максимальная – 62 м/мес).

В настоящее время последовательную схему применяют при строительстве стволов в неустойчивых и водонасыщенных породах с применением специальных способов, а также при строительстве стволов и шурфов небольшой (до 100 м) глубины.

Строительство стволов при разведке месторождений осуществляют только по этой схеме по причине небольшой их глубины и крепления деревом. Последовательную схему без временной крепи применяют при строительстве стволов в крепких устойчивых породах с набрызгбетонной крепью. После углубки ствола на 7–10 м с подвесного полка сверху вниз возводят постоянную набрызгбетонную крепь.

Параллельная схема проходки предусматривает одновременное производство работ по выемке породы и возведению постоянной крепи.

Различают параллельные схемы с временной крепью, со щитом-оболочкой и без временной крепи. Выемку породы и возведение постоянной крепи осуществляют одновременно в двух смежных звеньях. 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 неподвижный предохранительный полок (натяжной предохранительный полок), с которого начинают возведение постоянной крепи. Одновременно ниже полка (в следующем звене) возобновляют дальнейшую выемку породы и возводят временную крепь. Работа организуется таким образом, чтобы к моменту окончания выемки породы в пределах данного звена крепление в предыдущем звене также было закончено. Учитывая, что скорость возведения крепи в 2–4 раза выше скорости выемки породы, предусматривают меньшее число рабочих смен по креплению, чем при выемке породы.

Недостатки параллельной схемы с временной крепью: сложность организации и обеспечения безопасности работ, так как основные операции (выемка породы и возведение постоянной крепи) проводятся на двух горизонтах; частые задержки, связанные с началом возведения постоянной крепи в каждом звене; невозможность эффективного применения комплексной механизации проходческих работ; значительное увеличение массы и усложнение конструкции подвесного проходческого оборудования. Масса оборудования, монтируемого в стволе, достигает 150−180 т, а его монтаж занимает 5–6 мес и более. Схема может применяться для проходки стволов большого диаметра и значительной глубины.

Максимальная скорость проходки по параллельной схеме с временной крепью равна 202,1, средняя – 50–70 м/мес.

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 сверху вниз с подвесного многоэтажного полка при помощи передвижной опалубки с поддоном. Подвесной полок расположен от забоя на расстоянии 20−25 м. При такой схеме была достигнута скорость 381,3 м/мес.

Совмещенная схема проходки предусматривает выполнение операции по выемке породы и возведению постоянной крепи в одном звене в едином проходческом цикле, при этом работа выполняется непосредственно на забое, т.е. совместно и в значительном объеме последовательно. Опалубка устанавливается на выровненную взорванную породу. После укладки быстротвердеющей бетонной смеси по всему периметру ствола на высоту около 1 м из центральной части забоя начинают погрузку породы. Остальную часть породы убирают после набора бетоном разопалубочной прочности (0,8 МПа).

Организация работ с частичным совмещением укладки бетонной смеси и уборки породы не нашла широкого применения в связи с усложнением технологии работ.

Совмещенную схему при параллельном выполнении операций применяют при скоростном сооружении стволов.

По этой схеме в настоящее время проводят 95−98% всех стволов в горнодобывающей промышленности. В разведке встречаются отдельные случаи строительства стволов, к примеру сооружение стволов в ПГО "Самаркандгеология".

Средние скорости проходки стволов по совмещенной схеме составляют 80–85 м/мес. Максимальная скорость – 321 м/мес. Совмещенная схема может применяться при строительстве стволов любой глубины в устойчивых породах.

Совмещенная схема с набрызгбетонной крепью отличается от ранее рассмотренной схемы величиной заходки. Порода убирается на 1−1,5 м и сверху вниз возводится тюбинговая или набрызгбетонная крепь. Постоянная крепь отстает от породы в забое на 1,5−2 м.

Параллельно-щитовая схема проходки предусматривает одновременное производство работ по выемке породы и возведению постоянной крепи в одном звене без применения временной крепи. В забое работы ведут под защитой щита-оболочки, подвешенного к натяжному полку или на направляющих канатах. Выше щита в направлении сверху вниз с трехэтажного подвесного полка возводят постоянную монолитную бетонную крепь с применением опалубки и опорного поддона, имеющих самостоятельные канатные подвески, которые фиксируются в плане с помощью направляющих втулок опалубки. Благодаря этому опорный поддон центрируется при спуске по опалубке, а после раскрепления опорного поддона по нему центрируется опалубка.

Такая схема обеспечила возможность достижения высоких скоростей и проходки глубоких стволов в Донбассе на шахте 17–17бис – 401,3 м/мес.

К достоинствам схемы относятся: максимально возможное совмещение работ по выемке породы и возведению постоянной крепи; отсутствие временной крепи; безопасность работ. К недостаткам – применение сложного оборудования в стволе и на поверхности; большие первоначальные затраты на оснащение; необходимость использования щита-оболочки.

Схема эффективна для сооружения глубоких стволов в устойчивых породах.

Строительство стволов с параллельным армированием предусматривает проходку ствола с одновременным его армированием (установка расстрелов, навеска проводников и устройство лестничного отделения).

При последовательной и параллельной схемах проходки ствола армирование производится в пределах каждой заходки (звена) после возведения постоянной крепи. При совмещенной – применяют два варианта организации работ. При первом − ствол углубляют на 3–4 м, прекращают работы по выемке породы и возведению крепи и проводят монтаж одного яруса армировки.

При втором – работы по армированию частично совмещают с проходкой ствола. Для установки расстрелов и лестничного отделения в стволе монтируется второй подвесной полок специальной конструкции.

К достоинствам рассматриваемой схемы относятся: сокращение времени переходного периода от проходки ствола к проведению горизонтальных выработок, упрощение оснащения ствола постоянным подъемом благодаря наличию армировки, сокращение расхода каната.

Рекордная скорость строительства ствола с постоянным армированием 92 м/мес. Эффективность схемы увеличивается при применении постоянного копра и подъемной машины.