Характеристики месторождений со сложными гидрогеологическими условиями. Проблемы, возникающие при проведении горных выработок в этих условиях.
Под сложными условиями следует понимать такие условия, в которых строительство горных выработок и обеспечение их нормального эксплуатационного состояния обычными способами по техническим, экономическим или санитарно-гигиеническим причинам оказывается менее целесообразным, чем с применением специальных способов, либо практически невозможным.
При проведении горных выработок в подобных условиях приходится бороться с притоками подземных вод, а также с явлениями, вызываемыми их присутствием в породах.
Значительный приток подземной воды в проходимую выработку создает определенные трудности при производстве работ. При этом трудности возрастают с увеличением притока.
Наличие подземных вод в песках приводит к значительному снижению их устойчивости, которое растет с увеличением скорости движения воды.
В глинистых породах действие воды проявляется в изменениях их структуры, вязкости, тексотропии и некоторых других физико-механических свойств. В таких породах появляются явления разбухания, размокания, отслаивания, текучести и др. Глина, насыщенная водой, теряет связи между отдельными частицами, приобретает большую подвижность и способна вытекать в выработку.
Как устроена шахта
Наибольшие трудности при проведении горных выработок вызывает плывун. Это неустойчивые текучие тонкозернистые породы от мелкого песка до ила. Плывун способен проникать через мельчайшие не плотности в крепи и заполнять пройденные выработки.
Мелкий песок с частицами диаметром 0,2 — 0,01 мм и меньше при наличии примесей илистых и глинистых частиц диаметром 0,1 — 0,001 мм.
Некоторые водонепроницаемые породы (песчаные глины, суглинки, илы и др.), соприкасаясь с водой, в естественном залегании, подвергаются размоканию и становятся водоносными только в слоях, непосредственно контактирующих с водоносными пластами.
При проходке горных выработок в подобных породах с применением водоотлива породы интенсивно размываются водой и из водонепроницаемых становятся водоносными, а затем и плывучими.
Таким образом, при проведении горных выработок в рыхлых водоносных породах. наряду с мерами по уменьшению притока воды, приходится применять специальные меры, обеспечивающие удержание стенок выработок до возведения постоянной крепи, а также исключающие прорывы плывучих пород в пройденные выработки.
Виды подземных вод и их свойства.
Вода, заключенная в горных породах, может быть: гравитационная (подвешенная, капилярная, свободная), связанная (гигроскопическая, пленочная).
Подвешенная вода не связана с основным водоносным горизонтам и попадает в верхние слои породы в результате атмосферных осадков. Капиллярные воды образуются в результате подъема по капиллярам воды основного водоносного горизонта. Подъем капиллярной воды основного водоносного горизонта в песках до 3 м, в глинах — до 1,5 м. Диаметр капилляров 10 -5 см.
Как построить прочный дом: технологии вертикального и горизонтального строительства
Максимальной гигроскопической влажностью породы называют то количество воды, которое удерживается породой в воздухе, насыщенном водяными парами.
Пленочная вода — это слой воды, удерживаемый на частицах породы силами молекулярного притяжения, возникающего между частицами породы и молекулами воды. Пленочная вода движется независимо от силы тяжести с одинаковой скоростью во всех направлениях от зон с более плотной пленкой в зоны с менее плотной пленкой.
Силы молекулярного притяжения пленки воды достигает 10 5 Н/ см 2 . Плотность пленочной воды равна 1,28 — 2,45 г/ см 3 .При замерзании пленочная вода не выделяет скрытой теплоты и не увеличивается в объеме. Замерзает она при температуре около — 80° С.
Специальные способы проходки, их классификация.
Специальные способы в зависимости от решаемых задач можно разделить на 3 группы.
- 1. Специальные способы, обеспечивающие удержание стенок выработки от обрушения и оплывания, но не исключающие приток воды в проходимую выработку. К этой группе относятся все виды забивных крепей, опускные крепи.
- 2. Специальные способы, обеспечивающие проходку выработок в осушенных породах, либо в породах с небольшим притоком воды. К ним относятся кессон, водопонижение, тампонаж.
- 3. Специальные способы, обеспечивающие устойчивость стенок сооружаемых выработок и ликвидацию поступления воды в выработку. К ним относятся замораживание горных пород, химическое закрепление, бурение стволов.
- 17. Строительство вертикальных выработок с применением ограждающих крепей
Забивная крепь является простейшим специальным способом проходки горных выработок и применяется в случаях пересечения рыхлых водоносных пород небольшой мощности, залегающих неглубоко от поверхности земли. Забивные крепи могут применяться при залегании непосредственно под водоносным пластом мягкой водонепроницаемой породы (водоупора) и отсутствии в водоносной породе включений валунов или крупной гальки. В зависимости от материала, применяемого для забивной крепи, различают деревянную и металлическую забивные крепи.
Деревянная прямая вертикальная забивная крепь. Конструкция крепи. Технология производства работ. Оценка способа.
Деревянная забивная крепь бывает прямая (вертикальная) и косая. Проходка стволов с применением прямой (вертикальной) деревянной забивной крепи осуществляется следующим образом. В сухих породах, покрывающих водоносный пласт, выработка проходится обычным способом.
Не доходя 0,5-0,7 м до кровли водоносного пласта, забой ствола выравнивают и на нем укладывают внутреннюю и наружную направляющие рамы. В зависимости от формы поперечного сечения ствола и вида постоянной крепи эти направляющие рамы выполняются в виде металлических колец из швеллеров № 18- № 20 (при круглых стволах) или деревянных венцов (при прямоугольных стволах с деревянной крепью). В пройденной части ствола между постоянной крепью и наружными направляющими кольцами укладывают несколько брусьев толщиной 60-80 мм.
Направляющие кольца (внешние и внутренние) устанавливают по отвесам и уровню, обеспечивая вертикальность ствола и наличие зазора между ними, равного толщине шпунта. Наружный диаметр внутреннего направляющего кольца равен диаметру ствола в проходке.
Внутренний диаметр наружного направляющего кольца равен диаметру ствола в проходке плюс две толщины шпунта.
В зазор между наружным и внутренним направляющими кольцами забивают вертикально, заостренные внизу доски — шпунты. Забивка шпунтов ведется поочередно один к одному на глубину 0,7 — 1 м.
В качестве шпунта применяют сухие сосновые или дубовые доски толщиной 50 — 100 мм, шириной 150-200 мм. Длина шпунта определяется мощностью пересекаемого водоносного горизонта и принимается в пределах 2 — 6 м. Шпунтины в местах примыкания друг к другу выполняют в виде пазов и выступов различной конфигурации (елочка, шип и др.). Шпунт забивают кувалдами, пневмомолотами, пневмобетоноломами.
После забивки шпунта по всему периметру на 0,7 — 1 м из забоя ствола вынимают породу. Во избежание прорыва водоносных пород, а также выжимания концов шпунта в ствол, необходимо следить, чтобы нижние концы шпунта находились в породе не менее 0,2- 0,3 м. По мере проходки ствола через каждый 1- 1,2 м устанавливаются и тщательно расклиниваются направляющие кольца.
Верхняя часть ствола, пройденная по сухим породам, должна иметь диаметр в свету на 0,5 м больше диаметра ствола в проходке.
Забивка каждого нового яруса шпунтов (посада) уменьшает диаметр ствола в свету на 0,5 м.
Деревянная косая забивная крепь. Конструкция крепи. Технология производства работ. Оценка способа.
При применении косой забивной крепи сечение выработки остается постоянным и не зависит от числа ярусов шпунтов (посадов). Обычно косую забивную крепь применяют при проходке стволов прямоугольного сечения с деревянной крепью. Шпунты длиной 1,2 — 1,6 м толщиной 50 — 75 мм и шириной 150 -200 мм забивают под углом 70° — 75° . Забивку шпунта начинают в плотной породе, не доходя на один ярус посада до водоносного грунта. При забивке шпунта длиной 1,5 м под углом 70° — 75° концы шпунта в углах образуют просвет приблизительно равный 0,5 м. Чтобы избежать этого, с каждой стороны угла забивают специальные трапециевидные шпунты с широким основанием внизу, а затем забивают обычные прямоугольные шпунты.
Установку наружного (вспомогательного) и внутреннего (коренного) направляющих венцов проводят по уровню и отвесам.
Размеры внутреннего направляющего венца такие же, как и венца постоянной крепи ствола. Размеры наружного направляющего венца принимаются с учетом возможности забивки шпунта.
Технология выемки породы, а также забивки шпунта аналогична применяемой при вертикальной забивной крепи. Промежуточные венцы устанавливаются через 0,5 м. Во избежание выдавливания шпунтин концы их всегда должны находиться в породе не менее 0,2 м.
Деревянная забивная крепь обладает низкой устойчивостью. При ее применении часто имеют место выпуски породы, а, следовательно, образование пустот за крепью, оседание и перекос крепи. Работы по забивке шпунтин трудоемки. Скорость проходки низкая и составляет приблизительно 5 м/мес.
Деревянную забивную крепь рекомендуется применять при проходке вспомогательных вертикальных выработок в рыхлых водоносных породах небольшой мощности (до 6 м), неглубоком залегании (до 15 — 20 м), а также при проходке опережающих водосборных колодцев.
Металлическая забивная крепь. Виды металлических шпунтов. Их оценка. Технология забивки шпунтов. Определение размеров форшахты.
Металлическая забивная крепь имеет ряд преимуществ перед деревянной, что обусловило более широкое ее применение.
Металлически шпунты обладают высокой прочностью, что обеспечивает надежность ограждения и позволяет применять мощные средства забивки. Соединения в замках между шпунтинами более плотное, это позволяет избежать выноса мелких частиц породы. В настоящее время металлические шпунты выпускаются длиной до 22 м. Таким образом, одним рядом шпунтового ограждения можно пересекать водоносные породы мощностью до 18 м. Высокая прочность металлического шпунта, применение мощных средств забивки их, более низкое сопротивление пород при внедрении таких свай позволяет полностью перекрывать всю толщу водоносных пород до начала выемки породы.
Выбранный тип шпунта должен обеспечивать прочность ограждения и при этом быть наиболее экономичным для конкретных условий. Прочность шпунта характеризуется моментом сопротивления (W), а жесткость сваи — моментом инерции (I). Показателем экономичности шпунта является отношение момента сопротивления шпунта к его массе (G) — W/ G. Чем больше это отношение, тем лучше используется металл. Применяемые шпунты можно подразделить на следующие типы: плоские, трубчатые, корытчатые ячейковые и комбинированные. Каждый из этих типов в свою очередь подразделяется в зависимости от профиля поперечного сечения и конструкции замков.
Плоские шпунты имеют сравнительно малый момент сопротивления при большей массе. У них отношение W/ G находится в пределах 1 — 5.
Трубчатые шпунты просты в изготовлении. При их забивке легко использовать гидроразмыв. Отношение W/ G в трубчатых шпунтах небольшое и равно 1,5 — 2.
Шпунты корытчатой формы более сложны в изготовлении, но они имеют высокий момент сопротивления (до 900 см 3 ). Отношение W/ G равно 3 — 14.
Забивку шпунтового ограждения можно производить отдельными небольшими заходками (1 м) после установки последовательно всех свай в контуре, либо последовательно забивать каждую сваю сразу на полную глубину.
Первый способ обеспечивает плотное ограждение на всей глубине погружения. Вместе с тем при этом способе погружения в замках возникают большие напряжения, сильно затрудняющие забивку шпунтов. В отдельных случаях имеют место разрывы замков. Для снижения трения в замках их заполняют битумом.
При втором способе шпунт забивается значительно легче. Однако при этом способе возможно отклонение каждой забиваемой сваи от проектного направления. Эти отклонения накапливаются, и обычной сваей замкнуть контур ограждения невозможно. Для того, чтобы контур замкнуть, приходится забивать специальную сваю, изготавливаемую на основании замеров положения свай, либо забивать в образовавшемся просвете внахлестку новый ряд свай.
Во избежание прорыва водоносных пород из-под нижних концов ограждения шпунт должен полностью пересекать водоносный пласт и внедряться в водоупор на 1,5 — 2 м. К выемки породы приступают после забивки всех свай. Породу вынимают участками приблизительно равными 1 м и устанавливают временную крепь.
Забивка металлического шпунта может производиться пневматическими и паровыми молотами, вибромолотами и вибропогружателями. Наиболее прогрессивным способом забивки является вибропогружение.
В горном строительстве нашли широкое применение вибропогружатели типа ВПП-2.
При определении диаметра ствола по осям шпунтин на участке, огражденным металлическим шпунтом, следует учитывать конструкцию замка шпунта, а при определении диаметра форшахты — габариты вибропогружателей
где Dшп — диаметр ствола по осям шпунта, м;
Dсв — диаметр ствола в свету, м;
Е — толщина постоянной крепи, м;
b — толщина шпунта в замке, м;
0,01Н — величина возможного отклонения шпунтин от вертикали во внутрь ствола, принимается до 1% от глубины погружения шпунта, м.
Диаметр ствола в проходке
где с — размер выступающей наружу части вибропогружателя, м;
а — зазор между выступающей частью вибропогружателя и крепью форшахты, обеспечивающий удобство и безопасность работы (принимается равным 0,7 м).
Источник studwood.netГорные выработки и их классификация
горные работы – работы по выемке полезного ископаемого или породы.
горные выработки – полости, которые образуются в толще земной коры в результате ведения горных работ. Горные выработки весьма разнообразны по своей форме, размерам, назначению и положению в пространстве (рис.3). Горные выработки, предназначенные для подготовки и разработки полезных ископаемых подземным способом, по положению в пространстве разделяются на вертикальные, горизонтальные и наклонные (рис.4).
 |
Рис.3. Классификация горных выработок
Перечислим виды вертикальных горных выработок:
· шахтные стволы (рис.4, поз.1 и 2) – вертикальные выработки, имеющие непосредственный выход на дневную поверхность и предназначенные для обслуживания подземных работ. Различают главные, вспомогательные и вентиляционные;
· гезенк (рис.4, поз.3) – выработка, не имеющая непосредственного выхода на дневную поверхность и предназначенная для спуска полезного ископаемого с верхнего горизонта на нижний, для передвижения людей, канализации воздуха и пр.;
· шурф (рис.4, поз.4) – выработка небольшого сечения глубиной до 50-60 м, имеющая выход на дневную поверхность и предназначенная для разведки полезного ископаемого или обслуживания подземных работ;
 Рис.4. Расположение горных выработок |
· скважина – выработка, пройденная выбуриванием горных пород, имеет круглое сечение диаметром от 0,04 до 2 м.
Среди горизонтальных горных выработок выделим следующие:
· штрек (рис.4, поз. 5) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность и проводимая по простиранию пласта или залежи полезного ископаемого. В зависимости от назначения штреки подразделяются на откаточные (5) и вентиляционные (6), которые, в свою очередь, могут быть пластовыми и полевыми;
· квершлаг (рис.4, поз.7) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность и проводимая по породам вкрест простирания или под углом к простиранию месторождения. Откаточные и вентиляционные квершлаги выполняют те же функции, что и штреки;
· просек (рис.4, поз.8) – выработка, проводимая параллельно штреку по пласту полезного ископаемого и используемая для проветривания штреков при их проведении и для транспортировки полезного ископаемого;
· штольня – горизонтальная горная выработка, имеющая непосредственный выход на дневную поверхность и предназначенная для вскрытия месторождения, целей вентиляции, водоотлива и разведки;
· орт – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, проводимая в толще полезного ископаемого и служащая для соединения штреков, проведенных у кровли и почвы пластов.
В группу наклонных горных выработок входят следующие:
· наклонный ствол – наклонная выработка, имеющая выход на дневную поверхность и предназначенная для вскрытия месторождения и обслуживания подземных работ;
· бремсберг (рис.4, поз.9) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, расположенная по падению пласта или пород и предназначенная для спуска различных грузов при помощи механических устройств;
· уклон (рис.4, поз.10) – выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность, пройденная по падению пласта или пород и предназначенная для подъема различных грузов с нижних горизонтов на верхний;
· ходок (рис.4, поз.11) – выработка, проводимая параллельно уклону или бремсбергу на расстоянии 20-30 м и предназначенная для проветривания, перевозки людей и грузов;
· печь (рис.4, поз.12) – выработка, проводимая по восстанию пласта и предназначенная для проветривания, передвижения людей, транспорта грузов и подготовки очистного забоя (разрезная печь);
· лава (рис.4, поз.13) – выработка, имеющая забой значительной протяженности, перемещающийся в результате ведения работ (выемки полезного ископаемого).
· околоствольный двор (руддвор) – комплекс выработок (служебные камеры, участки квершлагов или штреков и др.), расположенных около шахтных стволов и предназначенных для обслуживания подземных горных работ.
 |
Рис.5. Поперечные сечения горных выработок
Формы поперечного сечения выработок зависят от физико-механических свойств пород, срока службы, назначения, а также свойств материала крепи.
Наиболее распространенной формой поперечного сечения вертикальных стволов является круглая, реже прямоугольная или квадратная. В качестве крепи применяют монолитный бетон, железобетонные стальные или чугунные тюбинги (для стволов круглой формы поперечного сечения) и дерево для стволов прямоугольной и квадратной форм поперечного сечения.
Горизонтальным и наклонным выработкам при деревянной крепи придают форму прямоугольника или трапеции (рис.5, а, б), при бетонной – сводчатую форму (рис.5, в); при металлической – арочную (рис.5, г), при сборной железобетонной – полигональную (рис.5, д).
Выработки должны иметь такую площадь поперечного сечения, которая обеспечила бы перемещение по ним воздуха со скоростями, не превышающими допустимые по правилам безопасности:
| Выработка | Скорость, м/с |
| стволы для спуска-подъема: | |
| грузов | |
| людей | |
| квершлаги, вентиляционные штреки, капитальные бремсберги, уклоны | |
| прочие горные выработки, проводимые по углю и породе | |
| лавы (рабочее пространство очистных забоев) |
Для облегчения выбора размеров поперечного сечения выработок проектными организациями разработаны типовые сечения горизонтальных и наклонных горных выработок практически для любых горно-геологических условий, видов крепи и транспортного оборудования.
Шахта (рудник) – горное предприятие, осуществляющее добычу угля, руд и нерудных полезных ископаемых подземным способом. Понятием шахта объединяют наземные сооружения и совокупность подземных горных выработок.
шахта «Распадская» (Кузбасс) – самая крупная среди угольных шахт России – имеет проектную мощность 7,5 млн т в год; годовая проектная мощность железорудной шахты «Гигант» (Кривой Рог) 12 млн т. Наибольшая глубина ведения горных работ по добыче угля достигнута в Индии (1600 м), добыча железных руд в Кривом Роге в ближайшие годы будет производиться на глубинах более 1500 м.
Самые глубокие шахты в мире по добыче золота, серебра и алмазов находятся в Индии («Чемпион-Риф») и ЮАР («Витватерсланд» и др.); их глубина достигает 4,5-5 км.
шахтное поле – часть месторождения, отведенная для разработки одной шахте. Границами шахтного поля являются условные поверхности, ограничивающие его по простиранию и падению (рис.6). В случае негоризонтального залегания обычно различают границы по восстанию (верхняя граница), падению (нижняя граница) и простиранию (боковые границы).
Шахтное поле имеет два размера: длину по простиранию и ширину по падению. Длина шахтного поля по простиранию достигает 20 км, по падению 4-5 км.
При подземных горных работах из угля и вмещающих пород в горные выработки выделяется газ метан. Различают обычное, суфлярное и внезапное выделения метана. Шахты в зависимости от метанообильности разделяются на пять категорий. Критерием для такого деления является относительная метанообильность, т.е. коликого деления является относительная метанообильность, т.е. количество метана, выделяющегося в сутки на 1 т среднесуточной добычи. Согласно § 182 «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах» [22], шахты классифицируются следующим образом:
 |
Рис.6. Шахтное поле: а – план; б – вертикальный разрез вкрест простирания
1 – выход пласта под наносы; 2 – границы шахтного поля; 3 – по линии А–А;
Источник infopedia.suПодземные горно-разведочные выработки
Для получения максимальной информации о строении месторождений и закономерностях размещения полезного ископаемого разведочные горные выработки располагают таким образом, чтобы они пересекали всю мощность перспективной зоны (горизонта, структуры), а разведочные профили (группы разведочных пересечений) — преимущественно вкрест простирания последних. Густота разведочной сети регламентируется соответствующими инструкциями ГКЗ и зависит от степени сложности геологического строения разведуемого месторождения и категорий, по которым подсчитываются его запасы. Способы вскрытия месторождения определяются типом месторождения, количеством рудных тел, характером рельефа, мощностью перекрывающих пород.
Вертикальные выработки
Шурф — вертикальная (рис. 3), реже наклонная, неглубокая горная выработка, обычно с площадью сечения прямоугольной формы, пройденная с поверхности. Различают шурфы разведочные, опытные, эксплуатационные.
Разведочные шурфы проходят на всех стадиях геологоразведочных работ — при геологической съемке, поисках, предварительной, детальной и эксплуатационной разведке месторождений полезных ископаемых, а также при инженерно-геологических изысканиях.
Ствол разведочной шахты (рис. 3) — вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания работ по разведке месторождения полезного ископаемого. Ствол оборудуется подъемной машиной или лебедкой и является основной в системе горно-разведочных выработок на шахте.
Ствол разведочной шахты отличается от капитального меньшей площадью поперечного сечения, небольшой глубиной, простой и дешевой крепью, оборудованием и небольшим сроком службы. При разработке месторождений полезных ископаемых проходится не менее двух стволов: один главный, другой вспомогательный. Главный ствол в основном используется для подъема полезного ископаемого и (если нет вентиляционного ствола) для отвода отработанного воздуха; вспомогательный- для спуска и подъема людей, оборудования, материалов, выдачи пустой породы, подачи в шахту свежего воздуха. Стволы разведочных шахт проходят на глубину 150 м, иногда до 400 м. Форма поперечного сечения стволов прямоугольная или круглая диаметром в свету 4,0. 4,5 м. Площадь поперечного сечения разведочных стволов от 4 до 20 м 2 .
«Слепой ствол» разведочной шахты — ствол шахты, пройденный из подземной выработки чаще всего для вскрытия нижележащих горизонтов месторождения и для обслуживания горно-разведочных работ на этих горизонтах.
Рис. 3. Подземные горные выработки:
- 1 — копер; 2 — вертикальный ствол; 3 — сопряжение ствола с рабочим горизонтом;
- 4 — зумпф; 5 — околоствольньш двор; 6 — служебные камеры; 7 — зарядное депо;
- 8 — квершлаг; 9 — штрек; 10 -рассечка; 11 — камера; 12 — восстающий;
- 13 — гезенк; 14 — рудное тело; 15 — шурф
Восстающий — вертикальная или наклонная горная выработка, проводимая по восстанию залежи (пласта) и служащая для проветривания, передвижения людей, спуска полезного ископаемого или породы, доставки материалов и оборудования, подачи энергии и воды, а также для разведочных целей. Форма сечения восстающих прямоугольная.
Разведочные восстающие проводятся для прослеживания границ распространения полезного ископаемого по восстанию. Их проходят длиной до 100 м в одно-три отделения площадью поперечного сечения до 5 м 2 . Восстающие, пройденные с применением способа бурения, имеют сечение круглой формы диаметром 0,8. 1,5 м. Иногда из восстающих проходят небольшие рассечки.
Гезенк — вертикальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для спуска полезного ископаемого под действием собственного веса или в специальных сосудах (скипах) механическим способом. Гезенк соединяет выработки смежных горизонтов и проводится сверху вниз. Как разведочный он используется для прослеживания границ распространения полезного ископаемого по падению. Из него могут проходиться рассечки. Иногда гезенк используется для передвижения людей, доставки оборудования и материалов, прокладки коммуникаций, вентиляции и других целей.
Источник studref.com