книги / Сооружение выработок приствольного комплекса
..pdfВ. В. Покотий, Т В. Мыцик
СООРУЖЕНИЕ
ВЫРАБОТОК
ПРИСТВОЛЬНОЮ
КОМПЛЕКСА
КИЕВ «ТЭХНИКА» 1990
ББК 33.13 П48
УДК 622.25
Рецензент канд. техн. наук. С. Б. Гордон
Редакция литературы по тяжелой промышленности Зав. редакцией О. Л. Яковлева
Покотий В. В., Мыцик Т* В.
П48 Сооружение выработок приствольного комплекса.— К.: Тэхника, 1990.— 104 с.
15ВЫ 5-335-00434-7
Освещен опыт сооружения комплекса приствольных выработок в сложных горногеологических условиях. Впервые рассмотрены вопросы оснащения слепых скипоклетевых стволов большого сечения при рекон струкции глубоких шахт. Описаны новые конструкции выработок и даны рекомендации по повышению их устойчивости. Показаны резервы повы шения эффективности сооружения горнокапнтальных выработок.
Рассчитана на инженерно-технических работников горнорудной и угольной промышленности, может быть полезна студентам горных вузов»
„ 2502010400-012 |
____ |
ББК 33.15 |
|
П М202 (04)-90 |
66,90 |
||
|
Производственное издание
Покотий Вшпор Васильевич, Мыцик Теодор Васильевич
Сооружение выработок приствольного комплекса
Редактор Л. Л. Казанцева Оформление художника Е. Я. Плесовской
Художественный редактор Ю. Я» Чертова Технический редактор Е. М. Гороховская Корректор Л. Я. Радченко
ИБ Дй 3570
Сдано в набор 13.07.89, Подписано в печать 17.10.89. БФ 01783. Формат 60x84 1/16. Бумага типографская ЛЪ 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл.-печ. л. 6,04. Уел. кр,- отт. 6,39. Уч.-изд. л. 7,25. Тираж 1000 экз. Зак. ЛЪ 9—2515. Цена 45 к.
Издательство «Тэхника*. 252601 Киев, I, ул. Крещатнк* 5.
Отпечатано с матриц Головного предприятия республиканского производственного объедине ния «Полиграфкнигя» в Харьковской городской типографии № 16. Харьков-3, ул. Универси тетская, 16. Зак. 1764*
15ВN 5-335-00434-7 |
© Покотий В, В,, Мыцик Т, В., 1990 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Курс на ускорение социально-экономического развития страны на основе интенсификации производства и научно-телнического про гресса определяет пути дальнейшего развития горнодобывающей промышленности, где состояние основных фондов производства по стоянно усложняется, а трудоемкость горных работ растет по мере их углубки. Поэтому реализация достижений науки и техники долж на быть направлена на то, чтобы не только компенсировать влияние естественных факторов, но и обеспечить дальнейшее повышение эф фективности производства.
Внастоящее время глубина разработки железорудных месторож дений Кривбасса, Урала и Горной Шории достигла 800—1100 м. Новые горизонты в Кривбассе подготавливаются на глубине 1200— 1400 м. Темпы проведения горизонтальных выработок составляют 60—65 м/мес, камерных — 350—380 м3/мес, производительность труда рабочего на горизонтальных выработках равна 2,15—2,9 м/чел.- смену, камерных — 1,36—2,55 м3/чел.-смену.
ВДонбассе более 50 % угля добывают шахты, работы в которых ведутся на глубине 600— 1300 м, а производительность труда про ходчиков находится на уровне 1,3—1,6 м3/чел.-смену.
Опыт лучших шахтостроительных бригад показывает, что эти показатели могут быть значительно выше, если организация труда будет базироваться на новых достижениях науки и техники.
К особенностям приствольного комплекса следует отнести мно гообразие форм, размеров и конструкций, применение различных видов и типов крепи. Кроме того, с увеличением глубины производ ства работ возрастает напряженное состояние вмещающих пород, что требует новых технических решений.
Вусловиях реконструкции шахт на больших глубинах, когда технические возможности подъемных установок находятся на пре дельном уровне, ставится вопрос о применении двухступенчатой схемы выдачи полезного ископаемого. Такая схема готовится в Кривбассе на руднике им. Коминтерна.
Главы 1, 2, 3, 4 написаны В. В. Покотием, глава 5 — Т. В. Мыциком.
. Отзывы о книге и пожелания просим направлять по адресу: 252601 г. Киев, 1, ул. Крещатик, 5. Издательство «Тэхника».
з
ГЛАВА 1. КОМПЛЕКС ПРИСТВОЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК
КОНСТРУКЦИЯ СОПРЯЖЕНИЙ СТВОЛОВ* И ПРИСТВОЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК
Комплекс сопряжений стволов и приствольных выработок пред ставляет сложный и многообразный ряд подземных горных соору жений. В комплекс этих выработок входят сопряжения стволов (с наклонным сводом и переменной площадью поперечного сечения длиной 5—15 м и приствольная часть постоянной площадью попе речного сечения длиной до 80 м), а также камеры: дозаторные, транс портеров, рудоулавливания, чистки зумпфа, водоотлива, подъем ной машины при углубке стволов и другие.
Всопряжении ствола находится механизмы и оборудование для обмена вагонов, посадочная площадка, ниши для открытия дверей с горизонта в ствол, обходная и обгонная выработки. Приствольная часть сопряжения служит для размещения состава порожних или груженых вагонов, приемки материалов и оборудования, пропуска свежего воздуха, а также для обеспечения безопасности перемеще ния людей при их подъеме или спуске в шахту.
Конструкцию этих выработок, как и технологию их сооружения, необходимо рассматривать в комплексе со стволом. От устойчивости сбпряжений и приствольных выработок во многом зависит скорость сооружения стволов и срок службы этих выработок.
Анализ проектных решений по выбору геометрических форм и конструкций крепи сопряжений, предложенных Южгипрошахтом (г. Харьков) и другими проектными институтами, показал, что от сутствует единый подход к столь важному вопросу.
Впрактике шахтного строительства поперечные сечения сопря жений ствола с выработками имеют.самую различную конфигурацию: полуциркульную или форму короба с прямыми или криволинейны ми стенами, подковообразную с обратным сводом, круглую или в виде эллипса. Для сопряжений стволов в качестве постоянной при меняют жесткую крепь. Как правило, это монолитный бетон, желе зобетон, металлобетон, металлические арки.
Продольная часть кровли сопряжения ствола может быть наклон ной, прямолинейной или овальной. Наклонная и овальная кровли сопряжений являются наиболее устойчивыми, удобными при спус ке длинномера на горизонт. При таких формах снижается аэроди намическое сопротивление выработки движению воздуха, поступаю щему'в шахту. Прямолинейная кровля сопряжения имеет ограни-
* Здесь и далее под термином «сопряжение стволов» понимается сопряжение ствола с выработками околоствольного двора,
А
ченное применение и в основном используется на вспомогательных стволах.
Выбор формы поперечного сечения сопряжения зависит от физи ко-механических свойств вмещающих пород, назначения выработки, места ее заложения, а также от габаритов механизмов и оборудова
ния, располагаемого в этих выработках. |
|
|
|||||||||
|
Сопряжения в виде эллипсоида нашли применение за рубежом |
||||||||||
П; |
111. Стволы на сопряжении с околоствольным двором расширя |
||||||||||
ют и придают сопряжению |
форму |
|
|
|
|||||||
шара или эллипсоида (рис. 1). |
|
|
|
||||||||
Такое сопряжение |
|
состоит из оди |
|
|
|
||||||
наковых верхней |
и |
нижней |
коль |
|
|
|
|||||
цевых металлических |
рам, |
соеди |
|
|
|
||||||
ненных с торцевых сторон полиго |
|
|
|
||||||||
нальными замкнутыми рамами, а с |
|
|
|
||||||||
боковых сторон — полигональными |
|
|
|
||||||||
опорными стойками. Высота сопря |
|
|
|
||||||||
жения доходит |
до |
13,5 м, |
шири |
|
|
|
|||||
на — до 13,7 м, |
а |
расход |
металла |
|
|
|
|||||
составляет около |
|
100 |
т |
на |
одно |
|
|
|
|||
сопряжение (табл. 1). Образование |
|
|
|
||||||||
такой формы сопряжения |
приво |
|
|
|
|||||||
дит к дополнительному объему вы |
|
|
|
||||||||
емки породы, расходу |
материала |
|
|
|
|||||||
крепи и увеличению времени на |
|
|
|
||||||||
его сооружение. При рассечке око- |
Рис. 1. Эллипсоидная форма сопря |
||||||||||
лоствольного двора гор. 636 м шах |
|||||||||||
ты «Пропер 10» объем вынутой по |
жения ствола с |
околоствольными |
|||||||||
выработками. |
|
||||||||||
роды был равен 4200 м3, а время со |
|
||||||||||
|
|
|
|||||||||
оружения сопряжения — 3,9 мес. Расход штанг составил |
950 шт., |
||||||||||
торкретбетона — 170 м3, |
монолитного бетона — 510 м3 и металла |
||||||||||
70 |
т [41, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем вынимаемой породы при сооружении сопряжений стволов |
||||||||||
на |
отечественных |
шахтах |
составляет |
600— 1000 м3. |
При |
рассеч |
|||||
ке |
сопряжения |
|
ствола |
гор. |
540 м |
шахты «Вспомогательная-4» |
|||||
ПО «Кривбассруда» объем вынутой породы составил 825 м3, на что
было затрачено 523 чел.-смены. А при |
сооружении сопряжения |
|
на гор. |
160 м шахты «Западно-Донбасская» (ПО «Павлоград |
|
уголь») |
объем вынутой породы составил |
852 м3 и соответственно |
1113 чел.-смен.
Почва сопряжений при их сооружении в устойчивых породах принимается плоского очертания, закрепляется бетоном и дрениру ется. В неустойчивых породах почве выработки придают форму об ратного свода. В стволе над сопряжением с выработками околоствольного двора закладывается опорный венец, а непосредствен но над сопряжением — водоулавливающее кольцо.
С целью повышения устойчивости комплекса выработок околоствольного двора ВНИМИ (г. Ленинград) предложена компоновка их в приствольной части ствола за счет расширения последнего (рис. 2). Такой ствол шахты в зоне уширения выполнен в форме конуса 1 в верхней ее части и в форме цилиндра 2 в нижней. В уши
ренной части ствола устраивается цилиндрическая оболочка с пло щадью сечения в свету, равной площади сечения ствола. В цилинд рическом пространстве между наружной несущей и внутренней
|
в |
( |
§ |
|
аЗ |
||
|
X |
|
е |
|
>> |
|
|
Тип сопряжения |
* |
; $ |
& |
о |
|||
а |
|
ш |
|
|
8 |
1 & |
|
|
г |
||
|
1 |
|
1 * |
Таблица |
1 |
||
Размеры |
л*- |
||
сопряжения |
|||
в свету, |
м |
Е |
| |
Высота |
«а |
||
Ширин |
2 |
§ |
|
|
|
I |
I |
Податливые сопряжения главных |
ство |
|
|
|
|
|
лов: |
1967 |
860 |
6,0 |
7,0 |
10,0 |
50 |
Анна |
||||||
Хуго |
1978 |
927 |
7,5 |
10,4 |
11,6 |
53 |
Ан дер Хоарду-1 |
1980 |
840 |
8,0 |
12,7 |
13,7 |
127 |
Сопряжения с двойным сводом: |
1973 |
1000 |
8,0 |
11.0 |
11,8 |
74 |
Лерхе |
||||||
Штеркраде-1 |
1975 |
923 |
5,3 |
11,2 |
9,8 |
72 |
Нордшахт |
1979 |
1020 |
7,35 |
9,8 |
10,8 |
85 |
Занлбохум |
1980 |
1185 |
8,0 |
13,5 |
12,0 |
102 |
Сопряжения, закрепленные торкретбето |
|
|
|
|
|
|
ном и анкерами: |
1978 |
1100 |
7,5 |
12,5 |
12,9 |
45 |
Блюменталь В |
||||||
ограждающей крепями 3 размещаются камеры околоствольного
двора и подземного бункерного комплекса: камеры опрокиды вателей 10, приемные воронки, камеры дозаторов 9, насосная ка мера 12, электроподстанция 11 и т. д.
Для механизированной очистки зумпфа 6 используют специаль ную выработку 4. Дно зумпфа выполняется наклонным, что обес
печивает сбор отходов в отстойнике 7. Для приема в шахте длинно мерных материалов с каждой стороны ствола устраиваются окна 8.
Вентиляция и электроснабжение камер осуществляется через про ходы и проемы, которые расположены в перегородке 5 между ка
мерами. Такое расположение комплекса выработок околоствольного двора позволяет уменьшить изрезанность массива вблизи ствола. Однако между примыкающими к стволу параллельными транспорт ными выработками околоствольного двора не ликвидируется пород ный целик 13. В условиях интенсивного горного давления потребу
ется увеличение размеров этого целика, что повлечет за собой уве личение объемов уширенной части ствола.
Форма сопряжений околоствольных дворов железорудных шахт Кривбасса в основном сводчатая, с коробовым сводом. Высота сопря жения составляет 5,5—6 м, а при оснащении стволов двухэтажными клетями достигает 13 м при ширине 9,5 м в проходке.
А-А
Рис. 2. Конусно-цилиндрическая форма сопряжения ствола с околоствольными выработками.
Параметры сопряжений зависят от диаметра ствола, применяе мых подъемных сосудов и примыкающих выработок.
Ширима сопряжения ствола определяется с учетом ширины меж дупутья, равной расстоянию между осями клетей и проходов для людей (по 1 м с каждой стороны при высоте проходов не менее 1,8 м), между наиболее выступающими частями подвижного состава и крепью. Длина сопряжения ствола может быть различной и обу словливается схемой расположения рельсовых путей в зоне сопряже ния и механизмов накатки и скатки вагонов с клети. В случае при мыкания обгонной выработки непосредственно к стволу длина со пряжения увеличивается.
Из данных, приведенных в табл. 2, видно, что площадь попе речного сечения сопряжений в зависимости от типа ствола изменяет ся от 29 до 10,8 м2 при его длине 5—25 м. Максимальная площадь поперечного сечения сопряжений приходится на стволы, оснащен ные 3—4 клетями, и при примыкании непосредственно к стволу обгонной выработки.
Тип ствола
Производи тельность шахты, тыс. т/год
Таблица 2
Площадь, м2, поперечного сечения сопряжения при его длине, м
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
Клетевой |
300 |
25,6 |
20,6 |
20,6 |
18,4 |
18,4 |
|
700 |
29,0 |
22 |
19,6 |
18,4 |
18,4 |
Снипо-клетевой |
1000 |
23,8 |
21,8 |
21,8 |
21,8 |
21,8 |
1800 |
17,5 |
13,2 |
13,2 |
10,8 |
10,8 |
|
|
2500 |
22,0 |
16,8 |
16,8 |
16,8 |
16,8 |
|
3500—5500 |
14,8 |
13,4 |
13,4 |
10,8 |
10,8 |
Длина приствольной части ствола изменяется в зависимости от производительности шахты, вместимости вагонов и типа электровоза. Для шахт производительностью 300 тыс. т в год она составляет 32,5 м и рассчитывается с учетом расположения в ней состава из восьми пятитонных вагонов и электровоза со сцепной массой 10 т. Для шахт производительностью 700 тыс. т в год длина приствольной части, в которой могут расположиться двенадцать пятитонных ва гонов и электровоз со сцепной массой 10 т, равна 47 м. Для шахт производительностью 1 млн. т. в год и более она составляет 45,5 м и рассчитана на десять десятитонных вагонов и электровозов со сцепной массой 14 т.
На вспомогательных шахтах при примыкании обгонной выработ ки к стволу длина приствольной части равна 80 м.
УСТОЙЧИВОСТЬ СОПРЯЖЕНИЙ стволов И ПРИСТВОЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК
Причинами нарушения крепи сопряжений стволов являются по вышенное напряженное состояние массива, влияние очистных работ, неблагоприятные условия в зонах геологических нарушений, на личие слабых пучащих пород и внезапные выбросы угля и газа. К прочим причинам можно отнести агрессивное воздействие подзем ных вод на крепь, применение жестких крепей, несовершенство конструкции и технологии сооружения сопряжений.
При рассечке сопряжений в крепких трещиноватых породах в кровле выработки от взрывных работ нарушается массив, при этом
а
напряжения от взрывных волн суммируются с напряжениями мас сива. В случае значительного обнажения выработки и наличия трещин наблюдаются заколы и вывалы кусков породы.
На небольших глубинах напряжения в породах, окружающих выработку, способны вызвать деформацию и смещение крепких по род только по трещинам отдельностей, без разрушения самих струк турных блоков. Поскольку сцепление между блоками практически отсутствует, естественная устойчивая форма образуется довольно быстро. Отдельные заколы обнаруживаются й устраняются сразу же после взрывных работ, после чего кровля выработки приобретает сводчатую форму и определенное время находится в устойчивом состоянии без крепления.
Процесс формообразования контура выработки при рассечке сопряжений в слабых породах очень сложный. Как и в крепких породах, сразу же после взрыва происходят вывалы по трещинам отдельностей, под влиянием напряженного состояния деформиру ются и разрушаются • по времени отдельные наиболее перенапря женные блоки, происходит перераспределение напряжений.
После разрушения одного или нескольких блоков вновь происхо дит обрушение пород по трещинам отдельностей до образования но вой временно устойчивой формы естественного равновесия. В мень ших масштабах подобные явления повторяются и в крепких поро дах, но на больших глубинах. Однако полной аналогии механизма разрушения крепких й слабых пород нет. В частности, отдельные структурные блоки деформируются не в форме длительного плас тического течения, а в виде хрупкого разрушения, о чем свидетель ствуют периодические потрескивания породы в забое. Это приводит иногда к выстрелам кусков породы со стенок выработок. Такие яв ления наблюдались при рассечке сопряжения гор. 1015 м шахты «Родина» и в целике между обгонной выработкой околоствольного двора и обходной выработкой ствола на гор. 900 м шахты им. В. И. Ленина (ПО «Кривбассруда»). Значительные смещения в этом целике привели к образованию трещин в бетонной крепи об ходной выработки. Дальнейшее разрушение породного массива ставило под угрозу сохранность ствола на участке сопряжения с гор. 900 м. А на 20 м ниже гор. 1050 м этой же шахты со стороны бункерного комплекса произошло разрушение крепи ствола, что привело к нарушению армировки. Это было вызвано еще тем, что между стволом и скиповой ветвью околоствольного двора был про йден слепой с т е о л .
Для ликвидации сдвижения горных пород на гор. 900 м шахты им. В. И. Ленина был разработан и применен паспорт повторного крепления целика обгонной выработки, согласно которому в про буренные по бокам и кровле выработки шпуры глубиной 2 м встав ляли анкеры из круглой стали диаметром 20 мм периодического профиля, которые закреплялись в шпурах цементно-песчаным
раствором в пропорции 1 : 2 с применением быстротвердеющих цемен тов. Расстояние между шпурами составляло I м. Для предотвраще ния вывалов и упрочнения массива между длинными анкерами (2 м) устанавливали короткие анкеры длиной 0,5 м и диаметром 10 мм. После установки анкеров стенки выработки покрывали слоем набрызгбетона толщиной 10 см. Надежная связь набрызгбетона с массивом и анкерами обеспечивалась за счет применения арматур ного каркаса, наваренного на концы анкеров в виде крестовин.
Комбинированный способ крепления приствольных выработок по сравнению с креплением монолитным бетоном является наиболее надежным и менее трудоемким в условиях изрезанное™ околоствольного двора горными выработками.
Аналогичный случай нарушения целика между стволами произо шел при углубке ствола на шахте «Правда» (ПО «Кривбассруда»). Для углубки вспомогательного ствола диаметром 7,5 м в свету с гор. 1165 м был пройден ствол «Слепая-Углубочная». диаметром Зм в свету. Ствол сооружался в амфиболитах с коэффициентом крепости пород / = 12. Ниже гор. 1165 м в стволе шахты «Правда» на отметке 1218 м была сооружена дозаторная камера, сбитая с гор. 1165 м на клонной выработкой для спуска породы, выдаваемой из слепого ствола. В дальнейшем порода из дозаторной камеры загружалась в скипы и по стволу шахты «Правда» выдавалась на поверхность. Ствол «Слепая-Углубочная» был пройден на расстоянии 8 м от ствола шахты «Правда».
Углубка ствола шахты «Правда» производилась под пробкой с гор. 1240 м.
Из-за перенапряжения массива и изрезанное™ целика наклонной выработкой в районе дозаторной камеры с отметки 1218 м до отмет ки 1248 м произошел вывал породы со стенок ствола «Слепая-Углу бочная» объемом до 300 м3. В результате этого в крепи дозаторной камеры и стенках ствола шахты «Правда» образовались значитель ные трещины, что привело к остановке работ в стволе. С целью обес печения сохранности ствола шахты «Правда» от дальнейшего разру шения ствол «Слепая-Углубочная» был перекрыт капитальным полком на отметке 1240 м и залит монолитным бетоном до гор. 1165 м.
В дальнейшем ствол «Слепая-Углубочная» для углубки ствола шахты «Правда» не использовался. Основной причиной нарушения целика между стволами явилось то, что было принято недостаточ ное расстояние между стволами.
Влияние околоствольных выработок на устойчивость стволов наиболее характерно в неустойчивых породах для условий Дон басса.
Изрезанность массива околоствольными и приствольными выра ботками с оставлением междукамерных целиков приводит к значи тельной концентрации напряжений вокруг этих выработок. Неред-
ю