Выбор способа и схемы проведения ствола

 

    Под технологической схемой строительства ствола подразумевается взаимосвязь во времени пространстве выполнения основных проходческих процессов (выемки породы и возведения постоянной крепи) и армирования ствола.

Существует технологическая схема строительства ствола с последующим и параллельным армированием. В первом варианте ствол проходит на полную глубину, а затем производят его армирование. Во втором варианте- одновременно с проходкой ствола производиться монтаж элементов армировки.

 В нашем случае армирование ствола будет производиться после его проходки на конечную глубину с верху вниз с использованием проходческого полка.  

При проходке ствола различают последовательную, параллельную и совмещенную схемы строительства ствола.

Последовательная схема строительства стволов характеризуется разновременным (последовательным) выполнением работ по выемке пород и возведению крепи в одной призабойной заходке.

 При этой схеме ствол по глубине разбивается на отдельные заходки (участки). В пределах каждой заходки принимается следующая последовательность работ:

Ствол углубляется на величину заходки с возведением временной крепи из колец(металлических), сооружают опорный венец, вверх (на высоту заходки) возводят с подвесного полка постоянную крепь, наращивают ставы труб.

При этой схеме скорость строительства стволов низкая и составляет 15-25 м/мес.

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

Параллельная схема строительства стволов характеризуется производством работ повыемке породы и возведению постоянной крепи.

Работы при этой схеме организуют так, чтобы выемка породы на глубину при забойной заходке и возведению постоянной крепи по все высоте смежной заходки по времени совпадали.  

    Основным достоинством этой схемы является совмещения работ по выемки породы и возведению постоянной крепи что позволяет увеличить среднюю скорость проходки до

 50-70 м/мес.

    Недостатками параллельной схемы являются: сложная организация работ- основные операции(выемка породы и возведение постоянной крепи) проводятся на двух горизонтах, что снижает безопасность работы; чаты перерывы в работах- во время перемещения по стволу подвесного полка все работы в забое прекращаются; перекрытие ствола по вертикали натяжной рамой, подвесным полком и нулевой рамой, что осложняет тахограмму подъе-

ма и снижает его производительность: наличие крепи из металлических колец, что увеличивает время и трудоемкость работ.

 Совмещенная схема строительства стволов характеризуется частичным совмещением работ по выемке породы и возведению постоянной крепи. Работы проводятся при забойной части ствола на высоте 3-5 м. Временная крепь отсутсвует.

Последовательность работ при совмещенной схеме следующая:

    Забой ствола производят буровзрывные работы, проветривают, убирают породы на высоту опалубки, опускают и центрируют металлическую опалубку за которую укладывают бетонную смесь.

    Достоинства совмещенной схемы заключаются в том, что все работы проводятся в забое ствола, что упрощает организацию и повышает безопасность работ, обеспечивается высокая механизация основных процессов, отсутствует временная крепь и упрощается оснощение ствола.

    Недостатки схемы – возрастает число холодных швов, отсутствует полное совмещение работ по выемке породы и возведению постоянной крепи.

В настоящее время по этой схеме строят 95-98% всех стволов. Совмещенная схема может применяться при строительстве стволов любой глубины в устойчивых породах.

    Сравнив схемы строительства стволов, для своего проекта выбираю совмещенную схему строительства ствола, как самую безопасную и высокопроизводительную. Геологическое строение горных пород допускает применение данной схемы.

 

2.3.2 Определение размеров поперечного сечения ствола, расчет крепи.

        

    Форму сечения определяем исходя из заданной годовой производительности шахты. Форма поперечного сечения выработки зависит от величины горного давления, направления конструкции крепи, срока службы и размера выработки. Существуют прямоугольная, трапециевидная, круглая, прямоугольно-сводчатая и др. формы сечения поперечного сечения стволов.

    В горнорудной промышленности в основном применяют круглую и прямоугольную формы поперечного сечения стволов. Прямоугольную форму применяют на горных предприятиях добывающих россыпное золото, для стволов небольшой глубины(до 150м.). Круглая форма поперечного сечения по сравнению с прямоугольной имеет более высокую сопротивляемость к горному давлению. Ее применяют при долгом сроке эксплуатации. Диаметр ствола зависит от применяемого оборудования, располагаемого в стволе, т.е. его габаритов, схемы размещения подъемных сосудов, противовесов, армировки, расположении труб, кабелей, наличие лестничного отделения. Выбор оборудования, размещаемого в стволе, в свою очередь зависит от производственной мощности рудника и производительности подъема ствола. Диаметр сечений в свету круглых стволов в горнорудной промышленности типовизированы от 4-8,5м. с интервалом через 0,5м.

    Для определения типа и числа подъемных сосудов необходимо определить величину груза, поднимаемого по стволу за один подъем. Для выдачи руды принимаем двухсосудный подъем. Оптимальная грузоподъемность подъемных сосудов, при которой суммарные годовые расходы на амортизацию и эксплуатацию являются минимальные и определяются по формуле Е.М.Елангина.

     

Для двухсосудного подъема:

                    Q=A_2*К*(4√Н+Т)/3600*п_д*п_ч;т,       (2)

 

Где А₂- годовая производительность шахты,т

   К- коэффициент неравномерности поступления горной массы,К=1/3

   Н- высота подъема,м.

   Т- пауза между двумя подъемами, равная для скипового 30с

П_д- число рабочих дней в году, п_д=300 дней,

П_ч – число часов работы подъема по выдаче горной массы,п_ч=16 часов.

 

Подъем горной массы будем производить до горизонта 290м. тогда высота подъема с учетом переподъема будет равна 756м.

Определяем производительность подъема:

                 Q= 4000000*1.3*(4√756+30)/3600*300*16=50 т.

Из полученной грузоподъемности определяем объем по формуле:

                V=Q*K_p/γ, м³                                                                                  (3)

где K_{p –} коэффициент разрыхления горной массы, K_p=1,9

      γ- объемный вес руды, принимаем усредненный γ=3,5 т/м³

                V=50*1,9/3,5=27 м³.

Принимаем два скипа объемами 30м³, грузоподъемностью 50т. Размеры в плане:

длина 2,35м. ширина 1,9 м.

  Для спуска подъема людей, оборудования материалов принимают двухэтажную клеть с размерами в плане 5600*1630мм. с противовесом.

  Для армировки ствола принимаем расстрелы коробчатой формы,т.к. по сравнению с расстрелами из двутаврового профиля они имеют более высокий момент сопротивления в горизонтальной плоскости при сохранении той же массы профиля, больший крутящий момент снижает аэродинамическое сопротивление, уменьшенное влияние коррозий.

Размеры коробчатого профиля 300*150*14. в качестве проводников принимают сварные коробчатые профили 190*200*16мм.

Зазоры между подъемными сосудами и расстрелами принимаем согласно ЕПБ ПР.

Для определения диаметра ствола в свету производим графическое построения в масштабе 1:50 (рис 5).

Напротив наиболее выступающих частей оборудования отметим точки А,А_1,А₂.

Точки АА₁ и АА₂ соединим прямыми. Полученные отрезки разделим пополам, получим точки В и В₂. Из этих точек проведем перпендикуляры, пересечение которых образует точку О. Точка О будет являться центром окружности ствола. Расстояние от точки О до А будет радиусом ствола в свету, т.е. диаметр будет равен двум радиусам.

Графическое построение показывает, что для выбранного оборудования необходим

шахтный ствол диаметром в свету 7,5м. Площадь поперечного сечения в свету равна:

                                        S=π*R², м²                                                         (4)

где R- радиус ствола в свету,м

                                        S=3.14*3.75²=44.2 м².

    Крепление ствола в протяженной его части будет производиться монолитным быстротвердеющим бетоном марки М-300.

    Расчет крепи вертикальных стволов производиться следующим образом:

    Толщина (α) монолитной бетонной, железобетонной и набрызгобетонной крепи стволов круглого поперчного сечения определяется согласно СН и П  II-М4-65 по формуле:

                 α =m_k* r_o* (√m*R_u/m*R_U-2 ρ*P_max-1),м            (5)

 где m_k- коэффициент условий работы крепи, принимаемый равным 1,25 при совмещенном способе проходки,

 r_o- радиус сечения ствола в свету, м,

m-коэффициент условий работы, для монолитного бетона равен 0,6,

R_u- расчетное сопротивление материала крепи, для бетонной крепи с маркой бетона

      М-300 равен 14*10⁶ Па,

ρ- безразмерный коэффициент концентрации напряжений в материале крепи ρ=1 на   протяженных участках стволов,

 P_max- расчетная максимальная нагрузка на крепь ствола.

Рассчитываем по формуле:

          P_max= n*n₁* Pn*(1+0,1*(r_o-3))*(1+3v).Па,

где n- коэффициент перегрузки от горного давления,принимаем равным 1,5 в

 соответствии с п.1.12 СН и П II-M4-65,

n₁- безразмерный коэффициент, равный в обычных горно- геологических условиях на протяженных участках ствола 0,67,

Pn- нормативная средняя нагрузка на крепь протяженного участка ствола для обычных горных геологических условий и обычных способов проходки равна 15*10⁴ Па,

 v- безразмерный коэффициент неравномерности распределения нагрузок по контуру

 крепи ствола при совмещенном способе проходки равен 0,6

 

           P_max= 1,5*0,67*15*10⁴*(1+0,1(3,75-3))*(1+3*0,6)=453757,5 Па

                

           α = 1,25*3,75((√0,6*14*10⁶/0,6*14*10⁶*2,1*453757,5)-1)=0,28 м

Исходя из полученной величины, толщину крепи принимаю равной 300 м

 Диаметр ствола вчерне (Д_ч) равен:

        Д_ч= Дсв+2*в_к, м,

где Дсв- диаметр ствола в свету,м,

      в_к- толщина крепи, м

                               Д_ч=7,5+2*0,3=8,1м

Площадь сечения ствола вчерне составит:

                           S_вч=π*R_вч² , м²

  где - R_вч- радиус сечения ствола вчерне, м

                         S_вч= 3,14*4,05²=51,5 м²