ДЕФОРМАЦИИ / STRAINS / ШАХТНЫЙ СТВОЛ / MINE SHAFT / ГРАВИТАЦИОННО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ / GRAVITATION-TECTONIC STRESSES / НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ КРЕПИ СТВОЛОВ / STRESS-STRAIN STATE OF SHAFT LINING / АСТРОФИЗИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ / ASTROPHYSICAL STRESSES / БЕТОННАЯ КРЕПЬ / CONCRETE LINING
Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Сентябов Сергей Васильевич
В России и странах СНГ проходка вертикальных стволов осуществляется по совмещенной технологической схеме с креплением монолитной бетонной крепью , которая практически не имеет альтернативы в настоящее время. Нагружение бетонной крепи во времени свидетельствуют о весьма интенсивном влиянии на такой важнейший параметр материала крепи, как прочность, и позволяют утверждать, что не учет при проектировании астрофизических напряжений может являться одной из причин снижения долговечности крепи в период эксплуатации.
Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Сентябов Сергей Васильевич
Исследование и прогноз изменения напряженно-деформированного состояния крепи шахтных стволов на Гайском руднике
Проектирование и строительство вертикальных стволов горных предприятий. Плешко М.С.
ANALYSIS OF THE CURRENT STATUS OF CONSTRUCTION VERTICAL MINE SHAFTS
In Russia and CIS countries, vertical shaft sinking is fulfilled using a combination process flowsheet and monolithic concrete lining that has no alternative at present. Increment of load on concrete lining in length of time emphasizes importance of the lining material strength and speaks well for the statement that the neglect of astrophysical stresses during planning may be one of the causes of the lining life shortening. The article reports the on-site determination of stresses in shaft lining. The research used the modified method of destress slots. The method consisted in strain measurement between check points before and after destressing by a watch-type measuring indicator.
The destress slot was cut by a latest generation gasoline blow torch that is fully independent, needs no connection to a compressed air line, electric main or water supply, which expands application range of the tool. Based on the field measurements using the new method, the strains were obtained and converted into actual stresses at excavation walls.
Текст научной работы на тему «Анализ современного состояния строительства вертикальных стволов»
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
В России и странах СНГ проходка вертикальных стволов осуществ-ляется по совмещенной технологической схеме с креплением монолитной бетонной крепью, которая практически не имеет альтернативы в настоящее время. Нагружение бетонной крепи во времени свидетельствуют о весьма интенсивном влиянии на такой важнейший параметр материала крепи, как прочность, и позволяют утверждать, что не учет при проектировании астрофизических напряжений может являться одной из причин снижения долговечности крепи в период эксплуатации. Ключевые слова: деформации, шахтный ствол, гравитационно-тектонические напряжения, напряженно-деформированное состояние крепи стволов, астрофизические напряжения, бетонная крепь.
Проходка ствола
Шахтные вертикальные стволы являются основными вскрывающими выработками большинства горнодобывающих предприятий, связывающими подземные добычные горизонты с земной поверхностью. Стволы относятся к капитальным подземным сооружениям, и срок их эксплуатации может достигать 60-80 лет и более. В течение этого периода ствол в зависимости от своего назначения должен обеспечивать безаварийную выдачу полезного ископаемого и породы, спуск-подъем людей, материалов, оборудования, необходимый режим вентиляции, и др.
Применяемые в отечественной и зарубежной практике технологические схемы проходки стволов можно разделить на три основные группы: схемы с последующим, параллельным и совмещенным креплением.
Переходя к анализу отечественного опыта строительства вертикальных стволов, можно отметить, что совмещенная схема проходки стволов начала внедряться с конца 50-х гг. XX в. Предпосылками ее создания стали многочисленные исследования отечественных ученых и специалистов, направленные на отказ от применения в стволах временной крепи. Первоначально эта проблема была решена путем разработки технологии крепления стволов железобетонными тюбингами в направлении сверху вниз вслед за подвиганием забоя. Однако высокая трудоемкость возведения и стоимость такой крепи, а также нецелесообразность ее применения в устойчивых породах, потребовали дальнейшего совершенствования совмещенной схемы.
Свои окончательные очертания совмещенная схема приобрела после разработки технологии возведения монолитной бетонной крепи в забое ствола с помощью передвижной опалубки со спуском бетона с поверхности по трубопроводам. После ряда опытных внедрений эта схема стала широко распространяться и постепенно вытеснила все остальные. По совмещенной схеме было построено около 85% стволов в нашей стране.
В настоящее время эта технология практически не имеет конкуренции. Применительно к ней разработаны основные нормативные документы и унифицированные технические решения, включая технологические карты проходки и крепления стволов, нормы технологического проектирования оснащения про-
ходки стволов с использованием передвижного проходческого оборудования, схемы армировки и другие проектные решения.
Различными исследованиями [3] было установлено, что взаимодействие системы «бетонная крепь — породный массив» во времени подразделяются на два периода. Первый характеризуется интенсивным ростом смещений пород, второй их медленным увеличением. При этом после обнажения пород в процессе проведения выработки происходит смещение обнаженной поверхности еще до возведения крепи.
В методике расчета крепи стволов [7], основанной на схеме контактного взаимодействия крепи и окружающего массива, влияние технологической схемы проходки учитывается путем введения в формулы по определению расчетных напряжений вокруг выработки корректирующего множителя а*. Его физический смысл можно представить в виде выражения
где и0 — начальные смещения выработки до установки крепи; иа — полные смещения выработки, в случае ее оставления без крепи.
Определение коэффициента а* возможно в результате аналитического анализа механических моделей массива, обработки результатов натурных измерений, численного моделирования и др. Как правило, он представляются в виде функциональной зависимости от параметра Ь/Я, где L — это отставание постоянной крепи от забоя, Я — радиус ствола.
С 1998 г. по настоящее время при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований лаборатория геодинамики и горного давления Института горного дела УрО РАН ведет экспериментальные работы по изучению изменения во времени напряженно-деформированного состояния (НДС) — геодинамической активности массива горных пород. Для этого были оборудованы наблюдательные станции на различных рудниках Урала вне зоны влияния горных работ на глубинах от 420 м до 1070 м.
В ходе анализа результатов работы было установлено явление периодического изменения НДС массива горных пород вследствие расширения и сжатия земной коры (Земли) с временным интервалом, в среднем, 11 лет [1]. Из периодической литературы известно, что исследование природы геодинамической активности удобнее всего вести во временном ряду циклов солнечной активности (СА) [2], а напряжения, которые вызываются изменением размеров Земли принято называть астрофизические стАф [5].
Изменение НДС состояния массива горных пород происходит вследствие добавления к действующим условно постоянным гравитационно-тектоническим напряжениям переменной величины, называемой астрофизическими напряжениями стАф, величина которых может достигать десятков мега паскалей (МПа).
В связи с этим в 2013 г. лабораторий геодинамики и горного давления ИГД УрО РАН была выдвинута новая гипотеза, в соответствии с которой напряженное состояние массива горных пород изменяется во времени, а не является постоянным, полученным в момент измерения [4].
Источник: cyberleninka.ru
Технологические схемы строительства вертикальных
В обыкновенных горно-геологических условиях для проходки устьев и неглубоких стволов применяется передвижное оборудование – комплексы КПШ, «Темп», КС – 14, разработанные ЦНИИ подземмашем.
Комплекс КПШ предназначен для проходки устьев и шахтных стволов глубиной до 50 м.
В состав комплекса КПШ входит:
· автокран 1 К-161 или МКП-25,
· пневмопогрузчик 6 КС-ЗМ,
· подвесная опалубка 5,
· проходческие лебедки 7, предназначенные для подвески опалубки,
· экскаватор 3 ЭШ-1514,
· бадья 4, универсальная рама 2 с деревянным или металлическим настилом,
· лоток 9 для бетонной смеси,
· перегрузочный бункер 8 составом труб для подачи бетона в заопалубочное пространство.
Комплексы оборудования «Темп-1» и «Темп-2» предназначены для проходки устьев и неглубоких стволов без предварительного рыхления плотно связанных грунтов, а также в плывущих и неустойчивых грунтах.
«Темп-1» состоит из каретки, поворотного блока, вертлюга с дужкой, штанги с буфером, роликов направляющих челюстей, нижней и верхней траверс, тяг. Подвешивается к стреле подъёмного крана грузоподъемностью 16 т.
Канатный грейфер «Темп-2» предназначен для проходки устьев и неглубоких стволов в сыпучих, а так же в нарушенных породах. Отличается от «Темп-1» устройством для разгрузки (таблица 1.2).
Таблица — Техническая характеристика комплексов «Темп-1» и «Темп-2»
| Параметры | «Темп-1» | «Темп-2» |
| Категория крепости разрабатываемых грунтов по СНиПу | I-III | I-II |
| Диаметр ствола, м | ||
| в проходке | 5,2 | 4,3 |
| в свету | 4,2 | 4,0 |
| Максимальная глубина ствола, м | 25,0 | 12,0 |
| Скорость проходки в смену, м | 1,0 | 0,8 |
| Установленная мощность электродвигателей, кВт | 16,0 | 13,0 |
| Вместимость грейфера, м 3 | 0,8 | 0,5 |
Комплекс оборудования КС-14 предназначен для проходки устьев и неглубоких стволов с полной механизацией основных операций проходческого цикла и возведением постоянной крепи из сборных элементов или монолитного бетона.
Комплекс КС-14 применяется при проходке стволов в наносных отложениях и может быть также использован при проходке стволов в коренных породах с помощью буровзрывных работ.
Комплекс КС-14 состоит из породопогрузочной машины с ковшёвым исполнительным органом, монорельса для перемещения породопогрузочной машины, подъемной установки, включающей копёр с разгрузочными кривыми, самоопрокидную клеть или опрокидную клеть, проводники, подъёмную машину, кран для монтажа крепи, подвесного предохранительного полка и оборудования для задавливания крепи.
Коперслужит для установки направляющего шкива, направляющих, по которым движется скипо-клеть или опрокидная клеть, разгрузочных кривых, площадок для рукоятчика и посадки людей в клеть.
Направляющие крепятся к тюбингам. По ним движется скипо-клеть или опрокидная клеть. Секции направляющих между собой крепятся болтами.
Скипо-клеть служит для подъёма в скипе породы из забоя, для спуска и подъема в клети проходчиков и инструмента.
Предохранительный полок с проёмами для пропуска породопогрузочной машины и другого оборудования служит для защиты проходчиков, работающих в забое, от случайно падающих сверху предметов и для проведения работ по креплению ствола тюбингами, имеется
Оборудование для задавливания крепи служит для погружения тюбинговой крепи с помощью шести домкратов, развивающих общее усилие 6000 кН при давлении жидкости 30 МПа. Домкраты закреплены на шести анкерных балках, закрепленных в опорном бетонном воротнике.
Комплексом КС-14 можно проходить стволы диаметром в свету 5-12 м, вчерне 5,5-12,5 м и глубиной до 40 м.
Для оснащения поверхности при проходке стволов может использоваться оборудование, входящее в состав постоянного комплекса шахты, а также временное в передвижном или стационарном исполнении. Из передвижного проходческого оборудования для оснащения проходки стволов рекомендуется применять:
— котельные и вентиляторные установки;
— высоковольтные распределительные устройства;
— здания и сооружения из элементов блочно-контейнерного типа;
— административно-бытовые комбинаты (АБК);
— станции технического обслуживания бурильного оборудования;
— здания приготовления патронов-боевиков;
— резервуары противопожарного запаса воды;
— отстойники шахтных вод.
Копры предназначены для размещения направляющих (копровых) шкивов, крепления направляющих проводников и разгрузочных кривых для скипов и опрокидных клетей, а также для расположения на них многоканатных подъемных машин. Копры воспринимают нагрузку от натяжения подъемных канатов, давления ветра, массы оборудования, расположенного на копре.
При строительстве стволов применяют временные проходческие и постоянные эксплуатационные копры. Временные проходческие копры конструкции ВНИИОМШСа изготовляются из бесшовных труб, соединяемых между собой на фланцах или болтах. Характеристика копров приведена в таблице.
Таблица – Проходческие копры
Размеры ствола не более, м
Размер подшкивной площадки
Размеры копра, м
Примечание. Копры III и IV типа имеют укосину. Копры I и II типа — шатровой формы. «Север-1» и «Север-2» предназначены для северных районов страны. Изготовляются из металла, неподверженного хладоломкости при низких температурах. Эти копры имеют утепленную обшивку и отапливаются.
Проходческие копры шатрового типа. В верхней части копра расположена подшкивная рама, на которой монтируются шкивы для подъемных и направляющих канатов и для подвески оборудования в стволе. На подшкивной раме установлена надстройка для защиты от атмосферных осадков. В надстройке смонтирован монорельс с талью для монтажа шкивов.
1 – надстройка; 2 – тельфер; 3 – подшкивная площадка; 4 – шкив; 5 – ноги копра; 6 – лестница; 7 – разгрузочный станок; 8 – желоб; 9 – нижняя приемная площадка;
Внутри копра располагаются нижняя приемная площадка и разгрузочный станок. С нижней приемной площадки производится спуск и подъем людей, материалов, оборудования, монтаж и демонтаж ставов труб и другие работы. Устье ствола перекрывается нулевой рамой, изготовляемой из двутавровых балок № 24-40 и покрываемой рифленой листовой сталью (тёсом, плахами).
В настиле имеются проемы для бадей, ставов труб и канатов. Бадьевые проемы перекрыты лядами. Нулевую раму крепят к оголовку устья болтами.
Разгрузочный станок служит для разгрузки бадей с породой. Верхняя часть станка (верхняя приёмная площадка) оборудована лядами для перекрытия бадьевого проёма. Ляды имеют привод (электрическая лебедка с тросом) для их открывания и закрывания.
Копры устанавливают на бетонных фундаментах с анкерным креплением. Их рассчитывают на подвеску трёх бадей, подвесного полка, насоса, опалубки, погрузочной машины, спасательной лестницы, кабелей и направляющих канатов. Копры готовятся на заводе укрупненными блоками с ограниченными размерами и массой, с учётом возможности перевозки с завода к месту монтажа автомобильным или железнодорожным транспортом. Высота копра 30,5 м, расстояние между секциями 15 м (между ногами понизу).
Постоянные эксплутационные копры при проходке стволов применяют двух типов – башенные железобетонные и металлические с укосиной. Башенные железобетонные копры с многоканатным подъездом применяют на шахтах с большой производительностью – 2,5-3 млн.т/год. Эти копры имеют размеры в плане от 18×18 до 24×24 м и высоту на клетевых стволах до 65 м, а на скиповых стволах — до 120 м. Масса копра достигает 30 тыс.т и более. Продолжительность строительства копра с монтажом оборудования занимает 1,5-2 года.
Постоянные металлические копры с укосиной при использовании их на проходке ствола подвергаются усилению и переоборудуются:
— на головке копра устанавливаются дополнительные шкивы для проходческого подъема и направляющих канатов;
— монтируется дополнительная подшкивная площадка для шкивов подвесного полка и ставов труб;
— сооружается разгрузочный станок с одним или двумя лотками;
— производится усиление копра.
Проходческие полки.Проходческий полок является главным грузонесущим элементом в стволе. К нему прикрепляются породопогрузочные и бурильные машины. На полок осуществляется посадка направляющих рамок проходческих бадей. Полок служит защитой для проходчиков, работающих в забое.
Конструктивно проходческий полок выполняют из крупных блоков, составляющих его рабочие площадки — этажи. Число этажей полков, исходя из условия расположения оборудования, зависит от диаметра проходимых стволов. Так, для стволов диаметром более 6,5 м полки должны иметь два этажа, а для стволов диаметром до 6,5 м — три этажа.
При изготовлении полков учитывается также возможность использования их при армировании ствола. Проходческий двухэтажный полок состоит из нижнего 2 и верхнего 7 этажей, соединенных между собой междуэтажными стойками 6, выполняющими одновременно роль направляющих лыж.
На этажах полка расположены бадейные проемы, имеющие ограждения 9. Расстояния между этажами полка определяют с учетом шага установки расстрелов в стволе. Канаты 10, по которым перемешаются направляющие рамки бадей, одновременно используются для подвески забойной опалубки.
Бадейные проемы снабжены направляющими стойками 5 для предотвращения раскачивания бадей при их движении через этажи полка. Шкивы 3 служат для отклонения направляющих канатов 10. Они располагаются под верхним этажом 7 на направляющих стойках 4 и на периферии нижнего этажа. Под нижним этажом 2 прикреплен монорельс 1 для установки на нем грейферной породопогрузочной машины.
Соединение секций этажей между собой осуществляют с помощью четырех-пяти осей и шести-восьми болтов. Гидросистема полка предназначена для создания гидрораспора полка и обеспечения его устойчивого положения с целью восприятия реактивных и опрокидывающих моментов, возникающих во время работы породопогрузочной машины. В состав гидросистемы входят восемь распорных домкратов 8 (по 4 шт. на двух этажах полка), гидростанция и разводка трубопроводов. Рабочее давление в гидросистеме составляет 0,5-8,0 МПа.
Пневмосистема полка предназначена для подачи сжатого воздуха от става труб, подвешенного в стволе, к механизмам породопогрузочной машины, бурильной установки, молоткам и насосам..
Электрооборудование проходческих полков состоит из пяти систем: стволовой сигнализации, телефонной связи, газовой защиты, освещения и блокировки от столкновений бадей с погрузчиком.
По периметру нижнего этажа 2 полка расположены защитные щитки 12, предотвращающие падение предметов вниз.
Для подвески оборудования и коммуникаций в стволе используют проходческие лебедки, которые могут быть с электрическим или пневматическим приводом, в стационарном (транспортируемые к месту установки в разобранном виде и монтируемые на монолитном фундаменте в помещениях) или передвижном исполнении на базе лебедок.
Шагающий полок
Шагающий полок предназначен для проходки неглубоких стволов.
Он состоит из двух этажей — нижнего 15 и верхнего 8. На этих этажах в жестких направляющих установлено по три опорных ригеля 1, выдвигаемых с помощью пневмоцилиндров 2, и по четыре винтовых домкрата 14, предназначенных для центрирования и распора полка в стволе.
На этажах полка располагаются верхний 6 и нижний 12 раструбы бадьевых проемов, ограждения трубы вентиляции 5, направляющие лыжи 7, а также светильники для освещения этажей и забоя ствола. Раструб 6 верхнего этажа отличается от раструба 12 нижнего этажа наличием в нем устройств для крепления нижних концов двух направляющих канатов. Под верхним этажом прикреплена междуэтажная лестница 10, верхняя часть которой выполнена жесткой, а нижняя гибкой. При минимальном расстоянии между этажами гибкая часть лестницы складывается на нижнем этаже полка.
Для погрузки породы в стволе применяется машина КС-2у/40, которая состоит из грейфера 9, подвешенного на двух ветвях каната к тельферу 7, который при помощи лебедки 3 радиально перемещается по раме 6. Рама одним концом шарнирно соединена с двухъярусной центральной подвеской 5, другой се конец прикреплен к тележке поворота 2, имеющей пневмопривод для перемещения по кольцевому монорельсу 1.
Кольцевой монорельс и центральная подвеска прикрепляются к нижнему этажу подвесного проходческого полка. Благодаря радиальному перемещению тельфера по раме и повороту рамы вокруг центральной опоры грейфер обеспечивает погрузку породы по всему забою ствола. Рабочим органом машины является шестилопастный пневматический грейфер 9. Управление грейфером и механизмами его перемещения осуществляется машинистом из кабины 8, которая шарнирно закреплена на раме и посредством ролика опирается на монорельс. Вход в кабину машиниста — через проем в верхней части кабины, перекрываемый двустворчатой крышкой. Раскрепление полка в стволе, восприятие динамических нагрузок, возникающих при работе машины, а также центрирование полка относительно оси ствола выполняются гидросистемой, состоящей из гидростанции и восьми распорных домкратов, расположенных по четыре штуки на двух этажах проходческого полка.
Лестница спасательная
Спасательные лестницы предназначены для подъема людей, занятых при проходке и углубке вертикальных стволов, в случае аварии с бадейным подъемом. Они должны обеспечивать размещение на них одновременно всех рабочих наибольшей по численности смены.
Лестницу прикрепляют к канату лебедки, оборудованной тормозами, а также механическим и ручным приводами. Канат должен иметь запас прочности не ниже шестикратного. На проходках и углубках стволов применяют спасательные лестницы ЛС-1 и ЛС-2.
Лестницу прикрепляют к канату лебедки, оборудованной тормозами, а также механическим и ручным приводами. Канат должен иметь запас прочности не ниже шестикратного.
Способы проходки стволов
Строительство стволов является одним из сложных, трудоёмких и продолжительных процессов в общем комплексе работ по строительству горного предприятия. Это обусловлено некоторыми особенностями: постоянно изменяющейся глубиной, стеснёнными условиями выполнения большинства технологических процессов, необходимостью применения сложного и часто перемещающегося по высоте подвесного проходческого оборудования, наличием постоянно увеличивающихся с глубиной притоков воды в забой, сложным режимом работы подъёмов и проветривания и другими факторами. Различное сочетание этих факторов оказывает существенное влияние на скорости строительства стволов и шахты в целом.
Проходка ствола – это комплекс работ по разрушению породы в забое, погрузке и выдаче её на поверхность и возведению постоянной крепи, являющейся составной частью строительства ствола.
Способы проведения стволов зависят от устойчивости горных пород и их обводнённости.
Обычные способы применяют при проведении выработок в достаточно устойчивых породах, допускающих обнажение без применения крепи и специальных средств по борьбе с поступающей водой. В неустойчивых породах, не допускающих обнажения пород без предварительного применения специальных средств по их упрочнению, или хотя и устойчивых, но требующих дополнительных средств для предотвращения поступления воды, а также в удароопасных условиях применяют специальные способы проведения выработок.
Строительство вертикальных стволов включает выполнение ряда работ, в число которых входят: подготовка промышленной площадки, строительство устья ствола, монтаж проходческого оборудования на поверхности, проходка технологического отхода, монтаж проходческого комплекса в забое или на поверхности и спуск его в ствол, проходка ствола до проектной глубины, рассечка ствола с сопряжениями горизонтальных выработок околоствольного двора, демонтаж проходческого оборудования и выдача его на поверхность, монтаж оборудования для армирования ствола, монтаж эксплуатационного оборудования.
Технологические схемы строительства вертикальных
Стволов
Сооружение стволов включает три основных вида работ: выемку породы, возведение постоянной крепи и армирование. В зависимости от последовательности выполнения работ по выемке породы и возведению крепи различают следующие технологические схемы: последовательная, параллельная и совмещённая.
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 806 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net