План
Общее понятие о вертикальных шахтных стволах.
2. Способы проходки вертикальных шахтных стволов
3. Технология проходки вертикальных шахтных стволов.
4. Техника безопасности при проходке вертикальных шахтных стволов.
Список использованной литературы. 1. Общее понятие о вертикальных шахтных стволах.
Вертикальным шахтным стволом называют горную выработку, соединяющую тоннель с поверхностью земли и предназначенную для обслуживания подземных работ в период строительства. Через ствол шахты осуществляют подъем на дневную поверхность грунта, спуск и подъем людей, он также служит для целей энергоснабжения, вентиляции и водоотлива.
Места расположения стволов обязательно увязывают с принятой системой вентиляции тоннелей для рационального их использования в качестве постоянных сооружений. При строительстве горных тоннелей стремятся использовать площадки с удобным подъемом, при строительстве метрополитенов выбирают места, наиболее свободные от городской застройки.
Материалом для обделки стволов шахт круглого поперечного сечения в зависимости от горно-геологических условий может быть монолитный бетон, сборный железобетон и в тяжелых горно-геологических условиях – чугунные тюбинги. При прямоугольном сечении в качестве материала используют дерево, иногда сборный железобетон.
Основными элементами шахтного ствола являются (рис. 1.1): устье ствола (оголовник) (1), вертикальный ствол (2), сопряжение ствола с околоствольным двором (3), водосборник (зумпф) (5), околоствольный двор (4). Устье ствола обычно сооружается в малоустойчивых грунтах, поэтому оно должно иметь достаточно надежную крепь, которая наряду с восприятием горного давления будет также воспринимать давление от копра, крана и других механизмов и машин.
Рис. 1.1 – Конструкция шахтного ствола
При проходке ствола в слабых грунтах (рис. 1.2, а) применяется конструкция устья с воротником (1) в виде железобетонной плиты. Цилиндрическая часть (2) устья при сборной обделке бетонируется вместе с первым кольцом тюбингов (3). В более крепких грунтах (рис. 6.2, б) устраивается устье из нескольких тюбинговых колец (6) обделки ствола, прикрепленных болтами к верхнему кольцу (4), которое опирается на бетонную подушку (5).
Рис. 1.2 – Конструкции устьев ствола: а – с воротником; б – из тюбинговых колец; в – из монолитного бетона
При монолитной обделке (рис. 1.2, в) сооружается опорный венец (башмак) (8) в виде уступа, выше которого располагается устье (7).
Околоствольным двором называют горизонтальную выработку, примыкающую к стволу и расположенную на уровне сооружаемых тоннелей, предназначенную для пропуска грузов, передаваемых – с горизонтальных выработок в ствол шахты, а также для вентиляции, водоотлива и др.
В зависимости от расположения относительно ствола шахты различают односторонний и двусторонний околоствольные дворы (рис. 1.3). Односторонний околоствольный двор представляет собой выработку диаметром 5–6 м (она может быть сводчатой формы), располагаемую с одной стороны шахтного ствола. Двусторонний околоствольный двор сооружается с обеих сторон ствола шахты. Длина одностороннего околоствольного двора составляет 18–20 м, а при двустороннем дворе с противоположной стороны добавляется еще 12–15 м.
Рис. 1.3 – Схемы околоствольных дворов: а – односторонний (тупиковый) околоствольный двор; б – двусторонний околоствольный двор; 1 – клетевой подъем; 2 – шахтный ствол; 3 – лесоспуск; 4 – ходок в насосную камеру, 5 – путевые съезды; 6 – рельсовые пути; 7 – подходная штольня; 8 – обходная штольня
Двусторонний околоствольный двор сооружают при больших грузопотоках, что соответствует проходке четырех-пяти тоннельных забоев диаметром до 6 м. Такие дворы устраивают у стволов шахт, обслуживающих сооружение станций метрополитенов.
До проходки ствола производится уточнение геологических и гидрогеологических условий сооружения ствола шахты, физико-механических свойств грунта, определение возможной величины притока воды. Для этой цели бурят три добавочные разведочные скважины по вершинам равностороннего треугольника, описанного вокруг сечения проектируемого ствола.
Место заложения шахтного ствола и способ его проходки выбирают с учетом инженерно-геологических условий по трассе тоннеля, рельефа местности, наличия и расположения наземных и подземных сооружений. В подготовительный период строительства маркшейдерская служба производит разбивку и вынесение оси ствола.
В случае сооружения ствола в затопляемый паводковыми водами зоне создают незатопляемую площадку, на которой предусматривается размещение всех необходимых устройств и обеспечение транспортной и телефонной связи. При невозможности устройства такой площадки устье шахты поднимают на 1 м выше максимального горизонта паводковых вод.
До начала сооружения ствола в зависимости от принятого способа проходки надо выполнить следующие работы: сделать устье ствола (воротник), соорудить участок ствола для монтажа проходческого оборудования (подвесного полка, устройств для монтажа обделки и погрузки грунта) и смонтировать это оборудование.
Сооружение устья (воротника) и верхнего участка ствола следует осуществлять в открытом котловане. Котлован разрабатывают с помощью грейфера и пневматических инструментов. Возведение сборной или монолитной обделки на всю высоту устья необходимо производить с использованием подвижного кранового оборудования.
Способы проходки вертикальных шахтных стволов.
В зависимости от устойчивости и водообильности грунтового массива различают обычные и специальные способы сооружения стволов.
Обычные способы проходки стволов глубиной до 50 м применяют в устойчивых грунтах: глинистых, гравиино-галечниковых, щебенистых и песчаных, расположенных выше уровня капиллярного поднятия воды, а также в крепких скальных грунтах при ожидаемом притоке воды в забое до 50 м3/ч.
Проходку стволов обычными способами глубиной более 50 м в устойчивых грунтах следует производить при притоках воды в забой до 8 м3/ч. При соответствующем технико-экономическом обосновании можно производить проходку стволов обычным способом при притоках воды в забой до 20 м3/ч с последующим подавлением и доведением притока до 8 м3/ч. Обычные способы являются основными и наиболее распространенными.
Специальные способы сооружения стволов шахт применяют в рыхлых, неустойчивых или плывунных грунтах, а также при пересечении крепких, трещиноватых водоносных грунтов. Выбор способа проходки стволов шахт специальным способом следует осуществлять на основании сопоставления технико-экономических показателей с учетом данных согласно СНиПа.
При обычных способах проходки различают проходку в крепких грунтах с применением буровзрывных работ и проходку в мягких грунтах, где разработку ведут с применением отбойных молотков или пневмоломов.
По глубине шахтный ствол разбивается на звенья, длина которых в зависимости от устойчивости грунтов принимается от нескольких метров до нескольких десятков метров. В зависимости от очередности производства работ в звеньях различают технологические схемы: последовательную, параллельную, параллельно-щитовую и совмещенную.
При последовательной схеме в каждом звене сначала производят выемку грунта, а затем возводят обделку. По окончании производят аналогичные работы в нижнем звене и т. д. Такая схема сооружения стволов шахт может быть рекомендована для стволов глубиной до 100 м, а также в неустойчивых и водоносных грунтах с применением специальных способов.
При параллельной схеме работы ведут в двух звеньях, в нижнем производят выемку грунта в направлении сверху вниз и при необходимости устанавливают временную крепь, в верхнем смежном звене с подвесного полка снизу вверх возводят обделку. Эту схему применяют при диаметре стволов более 4,5 м и глубине ствола более 250 м. Однако, в связи со сложностью работ, применение такой схемы ограничено.
При совмещенной схеме возведение сборной обделки входит в проходческий цикл. По этой схеме очередное кольцо обделки монтируют одновременно с уборкой грунта из забоя. Простота организации работ позволяет достигнуть высоких скоростей проходки. Совмещенная схема получила небольшое распространение и может быть рекомендована для сооружения стволов любых размеров поперечного сечения и глубины.
Сущность параллельно-щитовой схемы заключается в том, что обделка ствола возводится одновременно с выемкой грунта сверху вниз. Вместо временной крепи применяют щит из листовой стали толщиной 10–20 мм, высотой от 5 до 18 м, который по мере выемки грунта опускают. Обделку возводят сверху вниз с подвесного трехэтажного полка. Эта схема сооружения стволов может быть рекомендована только при достаточно устойчивых грунтах. Основным недостатком этой схемы является большая масса проходческого оборудования (150–180 т) и значительный срок его монтажа (5–6 месяцев и больше).
