CC BY
2
Панкратенко А.Н., доктор технических наук профессор, зав. кафедрой СПСиШ Московский горный институт НИТУМИСиС
Россия, г. Москва АНАЛИЗ ЗАРУБЕЖНОГО ОПЫТА СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАБРЫЗГБЕТОННОЙ КРЕПИ
Аннотация: Рассмотрено современное положение технологии строительства стволов в России. Отмечены недостатки совмещенной схемы проходки. Проанализирован опыт строительства стволов в ЮАР, США, Китае и других странах. Рассмотрена целесообразность его использования в условиях нашей страны.
Ключевые слова: технология строительства стволов, схема проходки, монолитный бетон, набрызгбетонная крепь, опалубка.
Abstract: this article describes the current state of the technology of construction of shafts in Russia. The weaknesses observed in the combined schemes of penetration. The experience of construction of shafts in South Africa, the USA, China and other countries. Considered the feasibility of its use in our country.
Key words: technology of construction of shafts, the scheme of excavation, in situ concrete, shotcrete lining, formwork.
В России и странах СНГ накоплен 50-летний опыт проходки стволов по совмещенной технологической схеме с возведением монолитной бетонной крепи в передвижных металлических опалубках и спуском бетонной смеси по трубам.
Применяемые технология и комплексы оборудования позволяют получить стабильные технические скорости проходки ствола 75 - 80 м/мес., а при высоком уровне организации работ - 100 м/мес. и более.
В то же время опыт применения совмещенной схемы проходки выявил ряд недостатков, не позволяющих достигнуть высоких технико-экономических показателей проходки и качественного крепления стволов:
- большой объем последовательно выполняемых процессов;
- увеличение коэффициента излишка сечения ствола вследствие сложности бурения оконтуривающих шпуров;
- действие на крепь в призабойной части ствола высоких нагрузок, передаваемых обнажаемыми породами;
- влияние на крепь взрывных работ;
- наличие большого числа «холодных швов в крепи;
- ухудшение качества бетона при спуске его по трубопроводу в забой ствола.
В этой связи интересен анализ зарубежного опыта строительства стволов, где более широкое применение получила параллельная схема проходки, в том числе с применением набрызгбетонной крепи.
Так в ЮАР по этой схеме сооружено и эксплуатируется более 400 стволов [1]. В 1962 г. на руднике «Баффельс - Фонтейн» был установлен мировой рекорд скорости проходки ствола - 381,3 м/мес.
Строительство стволов ведется, как правило, в устойчивых породах, представленных сланцами, кварцитами, крупнозернистыми песчаниками и др. Глубина стволов 1500 - 2000 м считается средней.
Благоприятные горно-геологические условия и увеличенное количество проходчиков забойной группы, по сравнению с отечественными бригадами, позволяют эффективно реализовать главное преимущество параллельной схемы - совмещение работ по проходке и креплению ствола.
Отставание постоянной крепи от забоя составляет в среднем 16 - 20 м. Призабойная зона ствола закрепляется анкерной крепью (1 - 2 анкера на 2 м), а в наиболее благоприятных условиях оставляется без временной крепи. Технология также упрощается вследствие использования легкой секционной опалубки, подвешенной на полке, что обуславливает отсутствие четырех опалубочных лебедок на поверхности.
Крепление стволов осуществляется монолитным бетоном, толщина крепи, как правило, составляет 300 мм. Бетон подается по двум рядом подвешенным ставам, один из которых резервный. Опалубка по конструкции секционная, высотой до 6 м и состоит из отдельных колец по 1 м. Каждое кольцо опалубки подвешивается между полком и стенами ствола на цепях с помощью лебедок, расположенных на полке (рис. 1).
Перед установкой первого кольца опалубки (на расстоянии 6 м от возведенной ранее бетонной крепи) на анкерах, выдвинутых в ствол, настилается деревянный веер, играющая роль опорного поддона. После укладки 1 м бетона, опалубка наращивается по 5-е кольцо и бетонируется, затем бетонируется шестой последний метр заходки.
■звено опалубки
Рис. 1. Схема крепления вертикального ствола в ЮАР
Рассмотренная технология строительства позволяет обеспечить стабильно высокие скорости проходки стволов любого диаметра и глубины, составляющие 180 - 200 м/мес.
В США на серебряном руднике в штате Аризона по параллельной схеме пройден ствол диаметром 5,5 м, глубиной 2350 м буровзрывным способом со средней скоростью 155,6 м в месяц.
Работы велись четырьмя бригадами по 40-часовой пятидневной рабочей неделе.
С трехэтажного полка бурили шпуры глубиной 2,4 - 3 м. При взрывании полок поднимали на высоту 15 м. Отбитая порода погружалась в бадьи грейфером вместимостью 0,6 м3. До возведения постоянной бетонной крепи монтировалась временная крепь из металлической сетки и анкеров.
Организация работ по возведению постоянной крепи включала в себя опускание металлических кружал, навеску металлических листов опалубки и бетонирование. Бетонная смесь подавалась насосами по трубопроводу диаметром 150 мм. После бетонирования заходки бригада рабочих на верхнем этаже полка устанавливала в сечении ствола два расстрела и направляющие подъемных сосудов [2].
Во Франции (угольный бассейн) Прованс пройден вспомогательный ствол глубиной 1109 м с диаметром в свету 10 м для спуска крупногабаритных грузов. Ствол пересекал слои мергеля, известняков, бурых углей. Шпуры глубиной 4,8 м бурили комплексом с пятью перфораторами на автономных стрелах, которые складывались на центральной колонне при подъеме из забоя. Грейфером вместимостью 1,2 м3 порода погружалась в бадьи 6 - 8 м3. Одна бадья стояла под погрузкой, две находились в движении. В качестве временной крепи применялась металлическая сетка и распорные анкеры. Постоянная бетонная крепь возводилась с подвесного полка звеньями высотой 4,5 м с использованием металлической опалубки.
Проходческое оборудование в стволе размещалось на четырехэтажном полке. На глубине 1062 м были пройдены рассечки околоствольного двора протяженностью по 15 м с каждой стороны. Крепление рассечек велось короткими распорными и длинными железобетонными анкерами. Среднее подвигание забоя ствола составило 2,48 м/сут, производительность -0,287 м/чел.-смен [2].
В Великобритании проходка вертикальных стволов ведется по параллельной технологической схеме с использованием четырехэтажных проходческих полков. Верхний этаж служит для приема бетонной смеси, подаваемой по трубопроводу диаметром 150 мм. Далее бетон по четырем пластмассовым трубам подается за опалубку. На втором этаже размещаются лебедки для опалубки, на третьем - электрооборудование. Работы по возведению бетонной крепи ведутся с отставанием от забоя ствола не более 20 м. Толщина крепи колеблется от 300 до 1050 мм.
По этой технологии в Южном Йоркшире осуществлена проходка
ствола «Малтби» диаметром в свету 8 м на глубину 1000 м. Крепь ствола на участках устойчивых водоносных пород имела толщину от 600 до 1000 мм, на других участках - 400 мм. Марка бетона В35.
Для взрывания бурили от 90 до 150 шпуров, глубина заходки составляла 2,2 м. Для уборки и выдачи породы использовали погрузочную машину с опрокидным ковшом «Эймко» и бадьи емкостью 4,5 м3. Предварительно стенки ствола крепили анкерами длиной 1,8 м в сочетании с проволочной сеткой. Окончательную крепь возводили заходками по 6 м, бетон подавали по трубопроводу диаметром 200 м. Средняя скорость проходки составила 64 м/мес. [3].
Большое распространение анкерная крепь в сочетании набрызгбетонной и монолитной бетонной крепью получила в Китае, где таким способом закреплено более 100 вертикальных стволов.
Так в вентиляционном стволе Чжендя глубиной 1072 м диаметром в свету 6,2 м применено 4 вида крепи: бетонная для устья на участке длиной 82 м; комбинированная крепь из набрызгбетона и анкеров на участке длиной 313 м; комбинированная крепь из набрызгбетона, анкеров и металлической сетки на участке 449 м; двухслойная крепь (наружное кольцо -набрызгбетонная крепь с анкерами, внутреннее кольцо - монолитный бетон) на участке длиной 228 м.
Общий приток воды в ствол составлял 30 м3/ч. Проходка осуществлялась по 3-х сменному графику заходками по 2 м. Оборудование для производства набрызгбетона устанавливалось на поверхности, по стволу прокладывались два трубопровода для транспортирования бетона. Продолжительность возведения комбинированной крепи из набрызгбетона и анкеров составляла 20 - 25% времени цикла. Максимальная скорость проходки при использовании комбинированной крепи достигала 55,6 м [4].
Таким образом, анализ зарубежного опыта строительства стволов показывает, что применение параллельной технологической позволяет обеспечить проходку стволов с высокими скоростями (до 150 - 200 м/мес.), а наиболее эффективной областью применения схемы, являются устойчивые горные породы, позволяющие оставлять участок до 25 м без крепи. В менее благоприятных условиях для крепления призабойного участка эффективно применяется анкерная крепь, которая обеспечивает надежную защиту проходчиков и упрочняет окружающий ствол породный массив.
Использованные источники:
1. Новик Е.Б., Левит В.В., Ильяшов М.А. Опыт сооружения вертикальных стволов в ЮАР. - Киев: Техшка, 2004. - 64 с.
2. Сыркин П.С., Ягодкин Ф.И., Мартыненко И.А., Нечаенко В.И. Технология строительства вертикальных стволов. - М.: Недра, 1997.- 456 с.
3. Ягодкин Ф.И. Передовой опыт проходки вертикальных стволов на отечественных и зарубежных шахтах/ ЦНИЭИуголь. - М., 1992. - 124 С.
4. Комбинированная крепь из анкеров и набрызгбетона для вентиляционного ствола Чжэндя на шахте Цайдэн. // Мэйтань кэсюэ цзишу,
Coal Sci. and Technol. - 1986. - №2. - С. 11-13.
Панкратенко А.Н., доктор технических наук профессор, зав. кафедрой СПСиШ Московский горный институт НИТУМИСиС
Россия, г. Москва
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЧАСТКА КРЕПЛЕНИЯ БЕЗРАССТРЕЛЬНОЙ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА
Аннотация: Рассмотрены параметры безрасстрельной схемы армировки клетевого ствола. Разработана численная модель участка ствола с армировкой. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния армировки и крепи при комплексном действии постоянных и кратковременных нагрузок.
Ключевые слова: безрасстрельная схема армировки, клетевой ствол, напряженно-деформированное состояние, консоль.
Abstract: the parameters nesrastanii schema reinforcement cage of barrel. Developed a numerical model of the trunk portion with the reinforcement. The analysis of the stress-strain state of the reinforcement and supports in a comprehensive action permanent and transient loads.
Keywords: letrasterra scheme of reinforcement, cage barrel, the stress-strain state, the console.
Рассмотрим участок ствола в месте крепления яруса безрасстрельной армировки при комплексном действии нагрузок на крепь и армировку со стороны породного массива и движущегося подъемного сосуда.
Исследуемое сечение представлено на рис. 1, а ее основные характеристики приведены в табл. 1. При консольном исполнении армировки из схемы исключаются элементы типа распор 1. В случае блочного исполнения к основным несущим консолям добавляется вертикальный распор.
Примем для дальнейшего рассмотрения консольное исполнение несущего яруса. Исследование работы участка А (рис. 1) при комплексном действии нагрузок с помощью аналитических методов весьма затруднено. В связи с этим прибегнем к численным математическим методам.
