Строительство горизонтальных ГВ

Сооружение горных выработок (СГВ)

Введение

Цель курса – получить знания и навыки, необходимые для разработки проектов сооружения горных выработок и практическом их осуществлении при эффективной и безопасной организации работ для обеспечения последующей эксплуатации выработок при развити геомеханических процессов.

Место и роль дисциплины.

Разработка недр – основы экономической деятельности людей и потребность человека в минеральных ресурсах и топливе постоянно возрастает. Исторически наибольшее развитие получило использование недр, связанное с добычей ПИ с целью их переработки и потребления, однако сейчас недра все больше используются для целей, не связанных с добычей ПИ – это размещение промышленных предприятий, объектов энергетики, транспорта, коммуникаций, связи, коммунальных объектов, захоронений вредных отходов, размещение агропредприятий, военных объектов, спортивных сооружений, складов и т.д.

Терминология

Горные работы -

Это любые проникновения в недра земли, независимо от цели, в результате которого в земной коре создается искусственные сооружения подземного или открытого типа.

Горные работы на горных предприятиях – комплекс работ по сооружению и поддержанию горных выработок и выемки ПИ.

Горная выработка (ГВ) – полость в массе горных пород (ГП), образовавшихся в результате ведения горных работ для разработки месторождения ПИ или др. целей.

Для выполнения своего функционального назначения и сохранения в течении срока эксплуатации ГВ может быть оснащена различными транспортными и инженерными устройствами и специальной конструкцией, называемой крепью.

ГВ, проведенные в недрах земли, независимо от расстояния до выхода на поверхность, называются подземными, а проведенные на поверхности – открытыми ГВ.

Проведение (проходка) ГВ – это комплекс работ (выемка горной массы, крепление и т.д.), выполненяемые в процессе создания протяженных подготовительных или вскрывающих горных выработок. В общем термины проведение и проходка однозначны, но термин проведение относят к подготовительным выработкам небольшого сечения (уклон, бремсберг, штрек, сбойка и т.д.), а термин проходка относится к вскрывающим и подготовительным выработкам большого сечения, например, вертикальным и наклонным стволам, тоннелям, штольням, квершлагам, камерам и др. подземным объектам.

Строительство (сооружение) ГВ – это комплекс работ – подготовительные, строительство технологической части и монтаж в ней проходческого оборудования, проведение протяженной части выработки, заключительные работы, выполнение которых обеспечивает ее готовность к сдаче ее в эксплуатацию согласно проекту.

Различают способы проходки ГВ:

· Обычные и специальные;

· С однородным и смешанным забоем (с одним или двумя встречными забоями и несколькими встречными или догоняющими забоями;

· Сразу на полную площадь сечения или с опережающим забоем меньшего сечения;

· Одиночным или несколькими забоями и т.д.

Обычный способ проходки применяется в устойчивых и малообводненных породах, допускающих обнажение забоя без специальных устройств и мероприятий при обеспечении производительного и безопасно труда проходчиков.

Специальные способы проходки применяются в неустойчивых, рыхлых, слабых или устойчивых, но дающих большой водоприток (по СниП W> 8м³/ч), породах, когда их нельзя обнажить без специальных мероприятий и устройств, а борьба с водопритоком при помощи открытого водоотлива невозможна или нецелесообразна.

Наиболее распространенные специальные способы проходки:

· Замораживание пород

· Бурение стволов и скважин

· Тампонирование пород

· Проведение под сжатым воздухом

· Опускная крепь

· Забивная крепь

· Водопонижение

Технологическая схема строительства (проходки) – это состав и взаимодействие проходческих процессов, а так же принятый комплект или комплекс оборудования, обеспечивающий при определенной технологии максимальную эффективность. В более узком смысле технологическая схема – это графическая часть и описание технологии проходки или рабочий проект.

Технология строительства (проходки) ГВ – это совокупность безопасных методов и средств разрушения горного массива в забое, погрузка горной массы и транспортировка ее из забоя, возведение крепи и выполнение других работ, при которой обеспечиваются приемлемые технико – экономические показатели.

Различают следующие технологии:

· Буровзрывная (БВР)

· Механическая (в т.ч. комбайновая)

· Гидромеханическая

· Комбинированная

· Волновая, ультразвуковая

Забой ГВ – это передвигающаяся в пространстве поверхность ПИ и вмещающих его пород, с которой непосредственно осуществляется его выемка.

Строительство горизонтальных ГВ

Технологические схемы строительства ГВ.

Проходческие процессы делятся на основные и вспомогательные.

Основные проходческие процессы связаны с добычей горной массы, погрузкой ее в ТС и транспортированием ее из забоя и возведения постоянной крепи.

Для обеспечения основных процессов необходимо выполнять вспомогательные процессы: возведение временной крепи. наращивание трубопроводов, настилка рельсового пути, устройство водоотливной канавки, наращивание конвейера и др. работы, в т.ч. мероприятия ТБ.

Совокупность основных проходческих процессов, в результате которых забой подвигается за определенное время на определенную величину называется проходческим циклом, а время в течениt которого они выполняются - временем проходческого цикла.

Проходческие процессы могут выполняться последовательно, тогда цикл имеет максимальную производительность, а скорость проведения будет минимальной. Поэтому для увеличения скорости процессы совмещают, если это возможно по условиям безопасности и технологии.

Если основные процессы совмещены во времени и выемка ГМ ведется непрерывно, то технология называется поточной. (пример: проходка выработки комбайном бурового действия без остановки комбайна).

Если основные процессы периодически повторяются выполняются последовательно или с частичным совмещением, то такая технология называется цикличной (БВР, комбайновая проходка с остановкой комбайна).

При БВР возможно частичное совместить бурение шпуров с креплением, наращивание трубопроводов, погрузку породы с подготовкой элементов крепи. Запрещено совмещать с другими процессами заряжание, взрывание и проветривание.

Основными технологиями проведения ГВ в Донбассе явл. БВР и мех. технология. при f более 5 применяется в основном БВР, но в последнее время разработаны проходческие комбайны, способные разрушать ГП с f до 10.

Проходческие процессы складываются из операций, а операции - из приемов и элементов.

Следует стремиться к снижению количества операций и максимально возможному их совмещению, т.е. переходить от многооперационной циклической к малооперационной поточной технологии.

Общий порядок разработки технологической схемы.

1.выбор способа проходки (обычный, специальный)

2.выбор способа отделения породы от массива.

способ отделения	область применения
БВР	f любая, S выработки не ограничена, прим., если мех. или др. способы отбойки применить невозможно или неэффективно.
Механический	f до 5, длина выработки более 150м, площадь сечения ограничена технической характеристикой комбайна
Гидравлический	f до1, 2, применяется при гидротехнологии добычи.
Ручной	f до 1, 5 прим., если применение других способов невозможно.
Комбинированный	БВР+мех., мех.+гидравл.

3. определяется форма поперечного забоя, вид подрывки, проходка полным сечением или с передовым забоем, способ погрузки и транспортировки, определ. схема обмена вагонеток.

4.выбор комплектов или комплекса проходческого оборудования.

5.определяется последовательность выполнения проходческих процессов и операций, их длительность и состав график организации работ.

6.разрабатывается текстовое описание и графическая часть.

Основные параметры ВР

1. Удельный и общий расход ВВ

2. Диаметр и число шпуров

3. Глубина шпуров

При определении глубины шпуров учитываются геологические, технологические и организационные факторы:

· Геологические: крепость, трещеноватость, напластование пород, приток воде и газовыделение

· Технологические: технологическая система проходки, поперечное сечение выработки, тип бурильной и погрузочной механизации, качество ВВ и др.

· Организационные: продолжительность цикла и связанная с ней скорость проведения выработки.

Основные виды врубов:

- врубы с наклонными шпурами,

- врубы с перпендикулярными шпурами (призматический, щелевой, спиральный)

Перебор сечения по СниПу допускается 5- 7%, затраты труда при ручной забутовке составляет до 6% от времени основных процессов и до 50% при возведении крепи.

Бурение шпуров составляет 25- 40 %от продолжительности проходческого цикла. Применяется следующее оборудование:

1. ручные электросверла

2. колонковые электросверла

3. перфораторы

4. бурильные установки

Погрузка породы – занимает 30-35%(по времени и трудоемкости) проходческого цикла. Механизация-95-98%; наиболее механизированный из всех процессов.

Используются погрузочные машины периодического и непрерывного действия.

Периодического действия бывают с прямой и ступенчатой погрузкой (прямая- из ковша в ТС, ступенчатая- из ковша в перегружатель из перегружателя – в ТС. Могут быть на гусеничном или колесно- рельсовом ходу, пример:

S и H выработки,

F пород,

Вид энергии

Крепление постоянной крепью

По сравнению с другими процессами здесь больше всего применяется ручной труд. Это связано со сложным сечением выработок, сложностью размещения оборудования, многооперационностью крепления и разнообразностью конструкций крепи.

Крепление занимает 25% проходческого цикла, а по стоимости 30-35%. В то же время степень механизации при существующих конструкциях крепи: металлическая крепь-0.5, монолитный бетон- 0.7, анкерная крепь-0.8, НБК-0, 95.

При проведении выработки в смешанном забое направление перемещения режущей коронки совпадает с направлением слоистости пород. Если в забое имеется пласт слабых пород, то сначала производят его выемку, а затем обрабатывают остальную часть забоя.

Заходка производится на величинудо2 м. или на шаг установки крепи.

Схемы транспортировки ГМ

Большое влияние на технико – экономические показатели оказывает транспортировка ГМ.

1. Комбайн – перегружатель – скреб.конвейер – вагонетки.

2. Комбайн – перегружатель – скреб.конвейер –ленточный конвейер.

3. Комбайн – перегружатель – ленточный телескоп. Конвейер – ленточный конвейер.

График организации работ при проведении штреков (приV=5м/смену)

Погрузка породы

До 18˚ – ППМ-4у, 1ПНБ –2у, 2ПНБ-2у, МПК-3, МПК-3у, МП-2, МПК-2.

До 35˚ – примен. скреперный комплекс “Сибирь”

От 18 до 45˚ примен. машина ППБ-1.

Гусеничные машины применяются при угле до 15-18˚, колесно – рельсовые – до8˚

При применении контр – грузов, прицепных устройств машины можно променять до30˚.

Производительность ленточных конвейеров при α > 10° снижается на 30 –35%, особенно при влажных породах, а при притоке более 8 м³/ч работа ленточного конвейера неудовлетворительна.

Проходческие комбайны применяются при угле до ±10°, а комбайн ГПКС-1м – до25°.

Крепление при проведении наклонных выработок практически не механизируется.

Наклонные выработки проводятся сплошным или смешанным забоем. Доля наклонных выработок возрастает при переходе к погоризонтной системе подготовки и работе лав по падению и восстанию.

Наклонные стволы.

Вначале выполняются подготовительные работы (комплекс на поверхности, разгрузка, здание подъемной машины, копер, надшахтное здание с эстокадой) и строительство устья. Устье крепится огнестойкой крепью и оборудуется противопожарными дверьми. Форма – прямоугольная, арочная или сводчатая.

Уклоны

Подготовительные работы – разбивка в штреке места рассечки, расширение штрека, устройство разминовки или перегрузки, проведение заездов, камеры подъемной машины, подвод коммуникаций, установка ВМП.

Проведение уклонов - обычно БВР, при применении скрепера – расстояние скреперования около 30м.

Водоотлив

Улавливание воды – поперечные канавки через 10 – 15м. применяется водоотлив забойными насосами в вагонетки (Байкал2, Н3у и др.). При большом водопритоке примен. одно и двухступенчатые системы водоотлива с промежуточными водосборниками и стационар. насосами.

Проведение снизу – вверх.

Проводятся бремсберги и ходки, часто проводятся параллельные выработки.

Подрывка – как в штреке, подготовит. работы – как для уклона. БВР применяется, если ш-та не выше 2 категории по метану при условии хорошего проветривания и дегазации. Бурение шпуров: до10 – установки, более – ручные сверла и перфораторы

Т-т горной массы – конвейеры, гравитранспорт, монорельсовая дорога, вагоны с лебедкой, волокуша, комбайны ГПКСВ.

Проведение скатов

Обычно наклон до 30 градусов, выработка для спуска угля и породы самотеком, чаще всего оборудованная желобом и ходовым отделением. Проводится БВР, выбуриванием или отбойными молотками (при выбуривании сначала проводится скважина 250 –400мм, а затем расширяется до 800 –1000мм.). примен. бурильный станок Б68кн, БГА2, БГА4, “Стрела 77М”.

Печи.

Предназначены для монтажа оборудования, венртиляции и доставки.

Обычно проводятся снизу – вверх без подрывки по пласту, крепится деревом, мет. Стойками под распил или анкерами.

Проводятся с помощью БВР, отбойными молотками, гидромеханизмами или нарезными комплексами (КН78). Проходят выработку шириной 4м (прямоугольн.). Два типоразвера: 1-й: 0.7 – 1.1, 2-й: 1.1- 1.6

Фазы погрузки

Черпание

2) подгребание (ручной труд, время 30-35%, объем 10-13%)

Бадьи – от 0, 5 до 8 м³.(БПС, БПСМ, БПСД)

Водоотлив осущ. бадьями с подвесными насосами или забойными насосами

Водоулавливание осущ. водоулавливающими кольцами.

Возведение постоянной крепи ПБРУ, 2 става Ø 150мм к крепи, телескопические для бетона, опалубка, гасители скорости – бронеплиты. Опалубки ОМ, ОСД (с отрывом под действием собственного веса) Постоянная крепь может быть тюбинговой.

Сооружение устьев стволов

Крепь устья сооружают чаще всего монолитной бетонной или железо – бетонной, реже из металлических или Ж/Б тюбингов.

Конструкция устья зависит от действующих нагрузок, размеров и Ø стволов.

Устье состоит из оголовка (1), средней части (2) и опорного венца (3).

А) коренные породы на 10 –12 м, оголовок для копра.

Б) без оголовка, коренные породы выходят на поверхность, копер имеет свой фундамент.

В) строительство в наносах без венца.

Г) при наличии каналов (вентиляции, водоотлива и т.д.).

Д) для башенных копров.

Введение.

Вертикальные стволы на глубине расположения вентиляционных и откаточных горизонтов шахты сопрягаются с горизонтальными выработками и камерами околоствольных дворов. Число сопряжений на одном стволе зависит от угла залегания пластов, схемы вскрытия, типа ствола.

При пологом залегании обычно одногоризонтная схема вскрытия, тогда центральные стволы имеют по 1-2 сопряжения, остальные – по1.

При наклонном и крутом залегании применяются многоризонтные схемы вскрытия и каждый ствол имеет количество сопряжений, соответствующее числу горизонтов.

К главному (скиповому) стволу примыкает комплекс выработок и камер. Это камеры загрузки (дозаторные), улавливания, ходок чистки зумпфа, вентиляционный канал, бункерные комплексы угля и породы и др.

Работы по сооружению сопряжений вертикальных стволов с горизонтальными выработками и камерами называется рассечкой околоствольного двора.

Объем сопряжений и приствольных камер невелик по сравнению с объемами строительства стволов (5-10%), однако сроки их сооружения на центральных стволах достигают 20-25% общей продолжительности строительства стволов, трудоемкость на 1 м³ сопряжения в свету в 10 – 15 раз выше, чем в стволе. Сметная стоимость сооружения сопряжений и приствольных камер так же непропорционально велика в общей стоимости строительства стволов. Поддержание и ремонт этих выработок связано с потерей производственной мощности шахт и дополнительными затратами.

Такое положение обусловлено рядом факторов, которые условно можно объединить в две группы:

Технологические: сложность и разнообразие сооружаемых конструкций, необходимость дополнительного горизонтального перемещения породы и материалов (ствол оснащен средствами вертикального транспорта), расположение части выработок ниже уровня ОД, ограниченая возможность механизации работ и др.

Геомеханические: большие размері сечений и наличие двух открытых поверхностей, ослабление массива наличием большого количества близко расположенных выработок (изрезанность), многократное воздействие взрывных работ на породы, ведущее к трещеноватости, сложность обоснованного выбора типа и параметров крепи и др.

При строительстве – опасность по вывалам, при эксплуатации - сложность поддержания среди других капитальных выработок.

Таким образом, совершенствование сооружения сопряжений и выработок приствольного комплекса – это актуальная научно – техническая и практическая задача, решением которой в Украине занимаются научно – исследовательские, проектные институты, ВУЗы и шахтостроительные предприятия.

В лекции рассмотрим широко используемые, а так же перспективные решения по данным вопросам.

Сооружение дозаторных камер

Дозаторные камеры непосредственно примыкают к стволу. Их размер в плане достигает 6× 7 м, по высоте 17м.

Их сооружение осуществляется по совмещенной и последовательной схеме. В первом случае камера сооружается после проходки ствола на всю глубину, во втором – сооружение камеры технологически увязано со строительством ствола (плакат 2)

Достоинство последовательной схемы: простая организация работ

Недостатки: необходимость возведения полков для погрузки породы; недостаточное

использование стволового оборудования

проходку дозаторных камер ведут слоями сверху вниз или снизу вверх, независимыми забоями (последовательная схема).

Наибольшее распространение получила совмещенная схема.

При совмещенной схеме в зависимости от крепости и устойчивости пород крепление камеры может осущ. после завершения ее проходки или вслед за выемкой каждого слоя.

В первом случае ствол заглубляется на 2- 2.5м ниже кровли камеры, его проходку приостанавливают и приступают к выемке верхнего слоя породы 4-5м и креплению кровли временной анкерной крепью. В дальнейшем проходку ствола и камеры ведется единым забоем. По окончании проходки камеры одновременно возводится постоянная крепь ствола и камеры снизу вверх. В неустойчивых породах устанавливается временная крепь из металлических полуколец и балок.

Во втором случае внешняя крепь не применяется. После выемки верхнего слоя устанавливают перекрытие из двутавровых балок и бетонируют его. Затем возводят бетонную крепь в стволе и камере. В последующих слоях организация работ аналогична, но без перекрытия.

Заключение.

При проектировании и строительстве выработок приствольного комплекса необходимо комплексно учитывать геомеханические и технологические факторы для сокращения сроков и затрат на строительство, снижения издержек на поддержание этих выработок.

Современные решения, разработанные в частности украинскими учеными и проектировщиками, используются при строительстве новых и реконструкции действующих шахт. С выходом угольной отрасли из кризиса шахтостроительные организации смогут шире использовать прогрессивные разработки.