CC BY
17
© С.Г. Страданчснко, С.А. Масленников, 2012
УДК 622.25
С.Г. Страданченко, С.А. Масленников
О ПРОБЛЕМАХ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ПРОХОДКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ЗАКРЕПЛЯЕМЫХ КОМБИНИРОВАННОЙ ЧУГУННО-БЕТОННОЙ КРЕПЬЮ ЗА СЧЁТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ
Выполнен анализ фактических данных собранных при проходке ствола закрепляемого комбинированной чугунно-бетонной крепью. Намечены перспективные решения, позволяющие существенно повысить скорость проходки. Ключевые слова: чугунно-бетонная крепь, рудник, скорость проходки, затюбинго-вое пространство, водоприток.
В последние десятилетия в связи с истощением запасов залегающих на небольших глубинах и в благоприятной обстановке всё большее значение приобретает вскрытие и отработка месторождений в сложных условиях (повышенное горное давление, высоконапорные подземные воды, агрессивная среда и т. д.). В первую очередь при этом усложняются процессы сооружения и поддержания основных вскрывающих выработок — вертикальных стволов. Проходя через всю толщу покрывающих горных пород, испытывая отрицательное влияние строительных процессов (например, при использовании широко распространённого способа — замораживание) ствол должен обеспечивать безопасность и надёжность во весь период эксплуатации. Применение в сложных условиях наиболее широко распространённой бетонной крепи часто не обеспечивает ни достаточной надёжности (1), ни долговечности, ни необходимой степени гидроизоляции. Как следствие несоответствия монолитной бетонной крепи новым условиям за последние 10—15 лет в горнорудной
промышленности всё более широкое распространение получает чугунно-бетонная крепь. Так, например, именно этот вид крепи был выбран, как наиболее приемлемый, при строительстве стволов в крупнейшем проекте компании «Алроса» по переводу добычи с открытого на подземный способ, в рамках которого только на двух рудниках «Мир» и «Удачный» пройдено 5 стволов, для наиболее глубокого в Евразии (1865 м.) ствола ВС-7 рудника «Таймырский» и вертикального ствола ш. «Северная вентиляционная №2». Помимо прочего, одной из важнейших причин сдерживающих более широкое применение данного вида крепи являются низкие скорости проходки (на перечисленных стволах это 25—45 м/мес.). В рамках проводимой в ШИ ЮРГТУ (НПИ) работы по разработке комплексного подхода к проектированию и строительству вертикальных стволов закрепляемых комбинированной чугунно-бетонной крепью было выполнено исследование по изучению возможности совершенствования организации проходки. Исходные данные были собраны при проведении
Таблица 1
Характеристики скипового ствола
Параметр Характеристика
1 Диаметр, м: 8
в свету
в проходке 9—10
2 Глубина, м 1037,0
3 Материалы крепи 8х20—8х60
чугунные тюбинги В25 (М-350),
бетон 300 — 500 мм
натурных наблюдений и хрономет-ражных замеров в июне-сентябре 2006 г на проходке скипового ствола рудника «Мир» в интервале глубин -932 — -1001 м. (т.к. 589—628).
Геологические условия проходки
Проходка ствола осуществлялась в сложных горно-геологических условиях. Породы, представленные мергелями, алевролитами, долеритами, песчаниками доломитами, участками сильнотрещиноваты. Трещины от 0,1—1,0 до 20,0 см выполнены льдом или солью. Крепость пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова на участке глубин от 546,4 до 1036,9 м колебалась в пределах /=3—16, степень устойчивости от 2 до 4. По гидрогеологическим условиям проходки ствол относится к категории самых сложных. Ожидаемый водоприток в ствол, без применения спец. мероприятий, должен был составить 124 м3/ч. (2)
Проходческое оборудование
Для проходки использовался постоянный копёр и проходческие подъёмные машины МПП-17,5. В сечении ствола размещались: подвесной проходческий полок с породопогрузочной машиной 2КС-2У/40, технологические трубопроводы (2 для подачи бетона, сжатого воздуха и вентиляции), кабели и канаты (подвески бадей, полка, спасательной лестницы, кабелей, телескопов бетоно-
водов и вентиляции, маневровые и др.) породу выдавали двумя проходческими бадьями (БПС 3.0). Проходка ствола выполнялась по буровзрывной технологии заходками 2,2 м. Для бурения использовались перфораторы ПП-54В.
Крепление
Крепь на всём протяжении ствола возводилась по совмещенной схеме. Спуск тюбингов осуществлялся подъемами МПП-17,5 на специальном приспособлении. Монтаж тюбингов в проектное положение производился с применением прицепного устройства, подвешенного на канате стволовой погрузочной машины КС-2У/40.
Бетонная смесь, произведённая на централизованных стационарных заводах (БРУ), спускалась по двум трубопроводам (бетоноводам а=168 мм).
Тюбинги навешивали в забое с одновременным заполнением затюбин-гового пространства бетоном на участке глубин от -40 до -228,7 и от -546,4 до -1036,9 м. В интервале отметок от -228,7 до -526,5 м. непосредственно вслед за выемкой породы в призабойной секционной опалубке возводили передовую бетонную крепь толщиной 500 мм.
Как указано выше, ствол от отметки -546 м. проходился по совмещённой технологии с навеской тюбингов в забое и последующем бетонировании заходками по 9 м. Описание и замеры продолжительности были выполнены по всем основным проходческим процессам и их составляющим, что позволило выделить структуру затрат времени и, соответственно, выявить непроизводительные потери. Помимо этого было составлено по возможности более подробное описание каждой отдельной операции, и по разработанной шкале охарактеризована интенсивность задействования занятого на ней рабочего.
а — крепь с передовым бетоном 1-
> — крепь, возводимая с навеской тюбингов в забое
Рис. 1. Чугунно — бетонная крепь СС
«Мир»: 1 — чугунные тюбинги; 2 — мелкозернистый бетон Кл. В20; 3 — передовой бетон; 4 — бетон Кл. В20
Всего была собрана достаточно полная информация о 24 циклах проходки протяжённой части и обо
всех этапах строительства сопряжения на отметке -962,2 м. Обработанные результаты замеров по протяжённой части представлены в табл. 2.
Как видно из приведённых данных наиболее продолжительными являются процессы погрузки породы, бурения и крепления.
Из табл. 3 видно, что фактическое время выполнения бурения и погрузки превышает расчётное. Этому способствовал ряд причин.
При бурении шпуров наибольшие трудности вызывала склонность пород к набуханию и как следствие зажиму буровых штанг. Некоторые шпуры после застревания коронки на 1-м номере штанги приходилось перебу-ривать.
Погрузка породы в первой фазе, с учётом установленного оборудования, осуществлялась достаточно эффективно. Высокая квалификация машинистов подъёма и, главное, водителей КС обеспечила слаженность работы и отсутствие потерь времени, так загрузка бадьи (У=3 м3) выполнялась за 35—45 сек. Главным сдерживающим фактором роста скорости выдачи породы явилось несоответствие производительности подъёма (бадья БПС-3, подъёмная машина МПП-17,5, обеспечивавшая максимальную скорость подъёма гружёной бадьи 5,88 м/с) возможностям погрузочных машин. Но и этот недостаток удалось отчасти использовать. На окончании 1-й фазы погрузки во время ожидания бадьи грейферы не простаивали, а использовались для аккумуляции породы в кучи и отделения отслоившейся от забоя породы, что сокращало время, затрачиваемое на вторую фазу.
Как видно из данных, приведённых в таблице, разборка забоя являлась одним из наиболее длительных процессов, к тому же наиболее трудоёмким и тяжёлым. Это было обусловле-
Таблица 2
Фактическая продолжительность проходческих процессов
Наименование процесса Min значе- Max значе- Число за- Ср. значе-
ние, мин ние, мин. меров, шт. ние, мин.
Приведение забоя в безопасное 15 60 10 34
состояние
Спуск проходческого оборудо- 10 35 11 23
вания
Погрузка породы II фазы (разборка забоя) 175 620 16 402
Бурение шпуров 335 710 21 458
Заряжание шпуров 40 125 17 74
Подъём проходческого обору- 10 60 14 23
дования
Ведение взрывных работ 10 25 4 18
Проветривание 30 210 12 94
При установке одного кольца тюбингов
Погрузка породы I фазы 75 640 12 234
Установка кольца тюбингов 120 240 12 170
Погрузка породы I фазы 125 440 10 288
При установке двух колец тюбингов
Погрузка породы I фазы 45 200 8 131
Установка 1-го кольца тюбингов 65 250 8 136
Погрузка породы I фазы 210 410 8 314
Установка 2-го кольца тюбингов 115 195 8 154
Погрузка породы I фазы 90 390 7 209
Таблица 3
Фактическая и нормативная продолжительность проходческих процессов
№ Наименование процесса Замеренные (средние) значения, мин По ЕНиР (Е36) По проекту
1 Бурение 458 303 -
2 Погрузка породы в т.ч. приведение забоя в безопасное состояние 1002 34 591 900
1-я фаза 566 744
2-я фаза 402 156
3 Крепление (навеска тюбингов) 156 180 —
но как особенностью пород, так и необходимостью выполнения более тщательной зачистки забоя в связи с использованием для бурения ручных перфораторов.
Рассмотрев общие особенности, остановимся теперь на специфике
вносимой применением комбинированной чугунно-бетонной крепи с возведением её на забое. В первом из описанных процессов главной особенностью является сложность бурения оконтуривающего ряда шпуров при расстоянии от проектного конту-
Рис. 2: 1 — тюбинговая крепь; 2 — зона разрушенных пород; 3 — зона вывала; 4 — контур выработки образующийся от взрыва шпура 6; 5 — шпур с увеличенным углом наклона; 6 — шпур с нормальным углом наклона; 7 — проектный контур; 8 — контур выработки образующийся от взрыва шпура 5; 9 — устье оконтуривающего шпура
а
в
ра ствола в проходке до внутреннего края тюбингов 70—75 см. и отставании крепи до 2 м. При этом оказывается невозможным выдержать соответствующие рекомендации и приходиться делать отступ от проектного контура до оконтуривающих шпуров 30—40 см, иногда и более, а для уменьшения «козырька» бурить дополнительные укороченные шпуры с большим углом наклона. Такое решение приводит к некоторому увеличению объёма работ и усложнению процесса.
Во время первой фазы погрузки наличие тюбинговой крепи не оказывает существенного влияния на выполнение процесса, только при приближении фронта работ к забою несколько усложняется выемка породы находящейся непосредственно под крепью (раскачивать грейфер запрещено, так как удар его о тюбинги может привести к деформациям/разрушению последних). Во 262
время разборки наиболее отрицательно сказывается невозможность качественного оконтуривания. Появление характерного «козырька» в верхней части заходки требует тяжёлого ручного труда для его отделения, а образующиеся, из-за увеличенного угла наклона шпуров, переборы и излишнее нарушение вмещающей породы в нижней части за-ходки, увеличивает объём работ по оборке стенок.
Последний из перечисленных в табл. 3 процессов, навеска тюбингов, производился с помощью специального прицепного устройства и погрузчика, технология работ была отработана и выполнялась на очень высоком уровне, что и явствует из сравнения фактической продолжительности процесса с нормативной. Забойное звено из 10 человек распределялось следующим образом:
• один проходчик на поверхности, обеспечивает своевременность спуска
контейнера с оборудованием, тюбингов, необходимых материалов;
• один на полке;
• один занят управлением грузчика КС;
• двое выполняют приём и заводку тюбингов в проектное положение;
• двое на затягивании вертикальных болтов;
• двое на затягивании горизонтальных болтов;
• один занят на выполнении вспомогательных функций (подноска болтов, их введение в отверстия и т. д.)
Такое распределение рабочих позволяло обеспечить высокую эффективность и скорость выполнения работ, свести к минимуму непроизводительные затраты времени.
Возведение комбинированной чу-гунно-бетонной крепи является трудоёмким процессом, который даже будучи организован на высоком уровне, при существующей технологии ведения работ значительно влияет на продолжительность проходческого цикла. Навеска тюбингов процесс трудномеханизируемый, требующий высокой доли ручного труда. При его выполнении последовательно, с основными операциями проходческого цикла, происходит рост непроизводительных затрат времени на планировку породы перед установкой каждого кольца, снятие и последующую навеску грейфера, перецепку и спуск контейнера с оборудованием, тюбингов, разборку и сборку контейнера, при- и отсоединение гайковёртов и т. д. Отрицательно это сказывается и на процессе погрузки, который прерывается 2—3 раза, что нарушает ритм работ. К тем же последствиям приводят остановки необходимые для бетонирования затюбингового пространства (высота заходки 6 колец — 9 м.).
При этом погрузка останавливается за 90—100 см. от нижнего края последнего кольца, полок спускается на необходимую величину и после этого приступают к бетонированию. Через соответствующие отверстия тюбингов бетон заливают на высоту 1,5—2 метров, выжидают в течение 8—9 часов, после чего погрузку продолжают. Таким образом, данный процесс приводит к остановке проходки на 10—12 часов, через каждые 3—5 циклов.
Применение комбинированной чу-гунно-бетонной крепи, как это было показано выше, в большей или меньшей степени отрицательно сказывается на выполнении всех основных проходческих процессов. Степень этого влияния можно приближённо оценить уже по тому факту, что, как показывает опыт, замена такой крепи монолитной бетонной позволяет повысить скорость проходки в 1,5—2 раза (например см. (3)). При заходке 4 м приведённая продолжительность работ по креплению, даже при хорошей организации, составит 11—12 часов, что с учётом дополнительных потерь времени по описанным причинам на остальных процессах приводит к значительному снижению скорости проходки. Совершенствование организации работ при возведении чугунно-бетонной крепи, что подтвердило и выполненное исследование, хотя и сказывается положительно, но не может решить проблему повышения скорости проходки в принципе. Более перспективным является комплексный подход включающий внесение изменений, как в технологию возведения, в частности, переход к параллельной схеме, так и в параметры крепи. Работа в данном направлении ведётся в настоящее время авторами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мартыненко И. А. Шахтное и подземное строительство. Технология строительства вертикальных стволов / И. А. Мартыненко, П. С. Сыркин, А. Ю. Прокопов, С. Г. Страданченко. — Новочеркасск, 2001.
2. Технологический регламент (проект производства работ) на проходку и крепле-
ние тюбингами скипового ствола подземного рудника «Мир» АК «Алроса» в отм. -546,4 — 1036,9 м. ЗАО «ОШК «Союзспецстрой», 15.01.02.2005.
3. http://www.souzspecstroy.ru/index.php ?раде=78, официальный сайт объединённой шахтостроительной компании «Шахтспецст-рой», 6.01.08. ГТТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Страданченко Сергей Георгиевич — доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской Академии Естественных Наук, директор ШИ (Ф) ЮРГТУ (НПИ), e-mail: siurgtu@itsinpi.ru,
Масленников Станислав Александрович — ассистент кафедры ППГСиСМ, е-mail адрес: MaslennikovSA@mail.ru,
Шахтинский институт (филиал) Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УГЛЕДОБЫВАЮЩИМИ КОМПАНИЯМИ:
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ АСПЕКТ
Комиссарова Мария Анатольевна, кандидат экономических наук, доцент Южно-Российского государственного технического университета (НПИ), e-mail: mari543@yandex.ru.
Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2012. — № 4. — 12 с.— М.: издательство «Горная книга».
Рассмотрены вопросы управления отечественными углепромышленными компаниями, говориться о перспективности использования стратегического менед^кмента на предприятиях данной отрасли, и предлагается включение в организационно-управленческую структуру угледобывающих компаний отдела стратегического развития, который будет способствовать их эффективному функционированию.
Ключевые слова: горно-добывающее предприятие, стратегическое управление, стратегическое развитие.
MANAGEMENT PROBLEMS COAL-MINING COMPANIES:
ORGANIZATIONAL ASPECT
Komissarova M.A.
In article management questions are mentioned by the domestic coal-mining companies, to be told about perspectivity of use of strategic management at the enterprises of the given branch, and inclusion in organizational-administrative structure of the coal-mining companies of department of strategic development which will promote their effective functioning is offered.
Key words: the coal-mining enterprises, strategic management, strategic development.
