Сооружение устья ствола

Устьем вертикального ствола называют его верхнюю часть, непосредственно примыкающую к земной поверхности.

Конструкция устья определяется назначением ствола и формой его поперечного сечения; величиной вертикальной нагрузки; условиями залегания и физико-механическими свойствами пород, в которых сооружается устье; материалом крепи и другими факторами.

На рис. 115 изображены распространенные конструкции устьев стволов при различных типах копров.

Глубина устья зависит от размеров оголовка и проемов вентиляционных каналов, а также глубины расположения плотных пород, в которых закладывается опорный венец, и обычно равна 10…20 м. Толщина крепи (бетон, железобетон) в средней части равна 0,6…0,9 м.

Рис. 115. Конструкции устьев стволов: а — при металлических укосных копрах; б — при копрах башенного типа.

При строительстве стволов в наносных породах, где невозможно заложить опорный венец, устье проходят на глубину 10… 12 м такой конструкции, в которой вертикальную нагрузку воспринимает только оголовок. Конструкция с нижним опорным венцом применяется, когда коренные породы выходят на поверхность земли, а копер имеет самостоятельные фундаменты. На стволах с башенным копром устье имеет более сложную конструкцию.

Устье сооружается обычно в более сложных горно-геологических условиях (чем остальная часть ствола). При выборе конструкции, материалов и размеров крепи необходимо учитывать то, что крепь испытывает значительные нагрузки. Обычно крепь устья рассматривается как полый цилиндрический фундамент, опирающийся через кольцевой венец на породу. Внешние усилия, действующие на крепь устья, слагаются из бокового горизонтального асимметричного давления грунтов внешних вертикальных сил, передаваемых стойками копра, влияния фундаментов колонн надшахтного здания или башенного копра, подъемных машин, а также других внешних нагрузок, в том числе массы крепи устья. С учетом этого крепь устья рекомендуется выполнять из монолитного бетона или железобетона.

Технологический отход — примыкающая к устью верхняя часть ствола, в которой монтируется горонопроходчсскос оборудование (подвесной полок, погрузочные машины, ставы труб и пр.). Размер его зависит от проходческого оборудования, технологии проходки и колеблется в пределах 30…60 м.

Сооружение устья и технологического отхода при благоприятных гидрогеологических условиях осуществляется обычным способом по двум схемам: с применением комплексов передвижного проходческого оборудования и с использованием проходческого оборудования, предназначенного для проходки основной части ствола. При этом в том и другом вариантах могут быть применены последовательная и совмещенная схемы проходки устья ствола.

Последовательная технологическая схема проходки с временным креплением и последующим возведением постоянной крепи обычно применяется при недостаточно устойчивых породах на участке устья и технологического отхода, а совмещенная — с использованием металлической опалубки или железобетонных тюбингов при устойчивых породах.

При проведении стволов в практике разведки месторождений крепь устья может быть и деревянной, но обработанной огнестойким покрытием.

Работы по проходке устьев стволов в горнорудной промышленности начинают с укладки рамы-шаблона, служащей для подвески первого кольца временной крепи, образования контура сечения ствола и контроля за ним.

В настоящее время при сооружении устьев стволов чаще применяют металлическую раму-шаблон (рис. 116, а), которая изготавливается из двутавровых балок, устанавливаемых на столбчатых бетонных фундаментах. На балки помещают кольцо из швеллеров, состоящих из 5−7 сегментов в зависимости от диаметра ствола. Кольцо, к которому на крючках подвешивают кольца временной крепи в стволе, к двутавровым балкам крепят с помощью металлических скоб.

В устойчивых, плотных породах при проходке устьев стволов вместо временных нулевых рам и рам-шаблонов устанавливают основные нулевые рамы для проходки всего ствола (рис. 116, б).

После подготовки места закладки ствола, инструментальной разбивки устанавливается временная рама-шаблон. Она изготавливается из деревянных брусьев сечением 250×250 или 300×300 мм. При прямоугольном сечении ствола рама-шаблон имеет прямоугольную форму, при круглом — восьмиугольную. Для фиксации раму крепят пальцами, которые заделывают в бетон для обеспечения устойчивости рамы на проектных отметках. По положению рамы определяют направление проходки ствола и устья, а также к ней подвешивают временную крепь. По окончании сооружения устья рама-шаблон заменяется на основную раму.

Рис. 116. Металлические рамы: а — рама-шаблон; бнулевая проходческая рама.

1 — двутавр; 2 — кольцо временной крепи; 3 — фундаментный блок или монолитный бетон; 4 — шкив; 5 — проем для бадьи; 6 — раструб для вентиляции

Основная рама разведочных стволов состоит из металлических балок и деревянных брусьев, соединенных болтами и хомутами. Размер металлических двутавровых балок (№ 25−55) рамы принимают в зависимости от диаметра ствола и прочно крепят анкерными болтами к крепи устья. Основная нулевая рама не должна возвышаться над уровнем нулевой отметки. Проемы для бадей закрываются лядами.

Способ выемки породы определяется главным образом физикомеханическими свойствами пород. Разработку мягкой породы производят отбойными молотками и пневмомолотками; рыхлых пород — может осуществляться без предварительной разборки грейфера, если мощность ковша грейфера достаточна для ее зачерпывания. Для механизации разработки таких пород применяют грейферы различных конструкций и шахтный экскаватор ЭШ-1514.

Для разрушения пород средней крепости и крепких применяют буровзрывные работы. Бурение шпуров преимущественно осуществляют ручными перфораторами на глубину 1,5…2,0 м; с глубины 7… 10 м — с помощью бурильной установки СМБУ-4м.

Для погрузки породы наиболее часто используют грейферные грузчики КС-3, в некоторых случаях — погрузочные машины КС-2У/40 с погрузкой в бадьи вместимостью 0,75…2,0 м³ или с выдачей грейфером большой вместимости на поверхность.

При последовательной схеме применяют временную крепь, состоящую из металлических колец, выполненных из швеллерного профиля № 16−22 или спецпрофиля СПВ-22 с установкой их на расстоянии.

1,0…0,5 м в зависимости от устойчивости пород. Протяженность участков с временной крепью принимают в зависимости от устойчивости пород.

При последовательной технологической схеме бетонную или железобетонную крепь возводят после проходки устья на всю глубину или его часть. В некоторых случаях, при большой мощности наносов, опорные венцы устраивают в более плотных участках. Возведение крепи ведется с легкого подвесного полка с применением деревянной или инвентарной металлической опалубки с подачей бетонной смеси по трубопроводу. В слабых водонасыщенных породах временную металлическую крепь часто оставляют за бетоном и вместо деревянной устанавливают железобетонную затяжку.

При совмещенной технологической схеме возведение монолитной бетонной крепи осуществляется вслед за подвиганием забоя с применением металлических опалубок различной конструкции.

В настоящее время для проходки устьев и технологических отходов применяют различное оборудование: краны К-161, МКП-25, ПК-1, установки ППУ-1, агрегаты ПА-2, ПАШ-100, устройства НПУ, комплексы КПШ-2, КПШ-3, КС-14, экскаваторы Э-153, ЭШ-1514, грейферы «Темп-1», «Темп-2», передвижное блочное оборудование «Донгипрооргшахтостроя», сборно-разборные копры комбината «Кривбассшахтопроходка».

При проходке устьев стволов на глубину до 20 м получила распространение схема выемки породы и подъема ее на поверхность с применением грейфера от погрузочной машины КС-2У/40 вместимостью 0,65 м³.

Для разработки рыхлых пород ЦНИИподземмашем разработана конструкция канатных грейферов «Темп-1» и «Темп-2» вместимостью 0,8 и 0,5 м³, которые подвешиваются к стреле подъемного крана.

По второй схеме проходка устьев стволов и технологических отходов осуществляется с использованием постоянных или временных копров и подъемных машин, принятых для оснащения проходки основной части ствола.

Работы производятся в три стадии:

• 1) проходка и крепление верхней части устья ствола на глубину 3…4 м с выпуском крючьев для подвески временной крепи;
• 2) установка па крепи воротника устья ствола основной проходческой рамы с устройством ляд для пропуска проходческого оборудования;
• 3) проходка устья ствола и технологического отхода с использованием основного проходческого оборудования, предназначенного для проходки основной части ствола — копра, подъемной машины, подвесного полка.

Преимущество первой схемы проходки устьев и технологических отходов заключается в ускорении оснащения за счет применения передвижных установок; недостаток — в применении маломощных средств подъема.

Достоинством второй схемы является возможность использования для подъема породы мощных подъемных установок и всего проходческого оборудования, смонтированного для проходки ствола, что позволяет достигать высоких темпов работ. Применение этой схемы не рекомендуется при наличии мощных рыхлых, неустойчивых и особенно обводненных пород, что может привести к неравномерной осадке пород на поверхности, перекосу копра и подъемных машин.