Сущность и условия применения щитового способа проведения выработок
Строительство подземных сооружений с применением щита заключается в том, что все основные работы по разработке и погрузке породы, возведению постоянной крепи (обделки) осуществляются под защитой временной металлической оболочки (щита), располагаемой в забое выработки и передвигаемой по мере выемки породы.
Форма поперечного сечения щита зависит от формы выработки и может быть круглой, эллиптической, подковообразной и прямоугольной.
Хотя конструктивные решения щитов разнообразны, в их схеме можно выделить следующие основные части (рис. 54): ножевое кольцо 1, опорное кольцо 2, хвостовую часть 3, вертикальные 5 и горизонтальные 6 перегородки.
Ножевое кольцо служит для частичного срезания мягких и сыпучих пород и предохранения вывала породы. Под защитой ножевого кольца осуществляют выемку горной породы.
Опорное кольцо, непосредственно примыкающее к ножевому, является основой несущей конструкции щита и служит для размещения щитовых гидравлических домкратов 4, труб и пульта механизмов управления щита.
В хвостовой части щита возводят постоянную крепь (обделку) 10. Перемещение щита, а в мягких породах его вдавливание в массив с целью разработки породы осуществляется с помощью щитовых гидравлических домкратов.
Щиты размером до 2 м не имеют перегородок. При увеличении диаметра до 3 м щиты снабжаются одной горизонтальной перегородкой. В щитах больших размеров устанавливают несколько горизонтальных и вертикальных перегородок для увеличения жесткости и прочности щита. Горизонтальные и вертикальные перегородки делят сечение щита на независимые рабочие ячейки, обеспечивающие удобство и безопасность ведения горностроительных работ по всему забою.
В необходимых случаях крепление забоя выработки осуществляется с помощью забойных домкратов 7. На перегородках монтируют также выдвижные платформы 8 с гидродомкратами 9, с которых ведут разработку породы в ячейках щита.
Передвижка щита осуществляется следующим образом (см. рис. 54). После разработки породы перед ножевым кольцом на глубину заходки Н включают гидравлические щитовые домкраты 4, штоки которых упираются в неподвижное кольцо крепи (обделки) 10, в результате чего щит передвигается вперед в свободное пространство. При движении щита порода частично по контуру выработки срезается его ножевой частью. После перемещения щита на новую заходку штоки щитовых гидродомкратов убирают в исходное положение и под защитой оболочки хвостовой части возводят постоянную крепь (обделку) из сборных железобетонных элементов или монолитную бетонную крепь. В первом случае за пределами щита за обделку нагнетают тампонажные растворы.
В зависимости от конструкции щита разработку породы в забое можно производить вручную с применением лопат, отбойных молотков, буровзрывным способом с использованием бурового инструмента и механизированным способом с помощью специальных машин.
По размерам проходческие щиты подразделяются на щиты малого диаметра (до 3,2 м), среднего (до 5,2 м) и большого (свыше 5,2 м). Щиты малого и среднего диаметра применяют в основном при строительстве коллекторных тоннелей различного назначения в городах и на промышленных предприятиях, а также гидротехнических тоннелей. Кроме того, щиты среднего диаметра применяют для проведения выработок в слабых неустойчивых породах, при строительстве угольных шахт и рудников. Щиты большого диаметра применяют в основном для строительства транспортных тоннелей метрополитена, железнодорожных и автомобильных тоннелей, а также специального назначения.
Проходческие щиты
В немеханизированных проходческих щитах, в которых отсутствуют какие-либо специальные органы воздействия на забой, разработка породы в зависимости от структуры и крепости пересекаемых забоем пород производится ручными инструментами, отбойными молотками, буровзрывным способом или путем вдавливания в породный массив элементов ножевого кольца щита. Все другие проходческие операции в немеханизированных щитах в зависимости от их конструктивного устройства имеют различный уровень механизации.
Проходческие немеханизированные щиты применяют главным образом при строительстве тоннелей в мягких сыпучих и плывучих породах.
Все разновидности немеханизированных щитов в основном конструктивно подобны и различаются между собой по форме, способу изготовления, материалу и основным размерам, зависящим от назначения сооружаемой выработки. Немеханизированные щиты изготовляют с открытой или закрытой головной частью, т. е. забой выработки остается открытым или же закрепляется с помощью специальных приспособлений и устройств.
Щиты для выработки с площадью поперечного сечения до 12 м2 обычно выполняют цельносварными или сборносварными без внутренних перегородок. В таких щитах ножевое кольцо, опорное кольцо и оболочка соединены в одну нераздельную конструкцию или конструкцию, собранную из сегментов, в которых ножевая и опорная части, а также часть щитовой оболочки соединены сварным щитом.
Щиты для проведения выработок большого сечения изготовляют из сборно-литых или сборно-сварных элементов, соединяемых между собой болтами.
Техническая характеристика немеханизированных щитов приведена в табл. 28.
В зависимости от геологических условий и глубины залегания выработки применяют различные методы щитовой проходки.
В слабых неустойчивых породах (пески, супеси) применяют метод вдавливания ножевой части щита в грунт и под прикрытием козырька и горизонтальных площадок производят отбор грунта, находящегося на площадках под углом естественного откоса. В этом случае ножевое кольцо щита в верхней части значительно опережает ложковую часть ножа. При этом способе особое значение имеет надежное ограждение верха выработки. Для этой цели применяют выдвижные и постоянные козырьки, которые должны опережать переднюю плоскость ножевого кольца настолько, чтобы внутри щита в его верхних ячейках (при щитах большого диаметра) могла образоваться осыпь породы под углом обрушения.
Выдвижные козырьки могут быть выполнены в виде цельной арки (рис. 55), отдельных секций, а также выдвинутых балок.
До перемещения щитакозырек первым перемешается вперед с помощью специальных домкратов.
После разработки породы при последующем перемещении щита козырек вновь приводится в исходное положение.
При проходке в глинах, когда забой не требует крепления, работы ведут с выдвижных площадок. Породу отделяют от массива в помощью пневматического инструмента, направляют ее в зазор между площадками или в специальные люки в горизонтальных площадках, далее порода следует вниз на транспортные устройства, предназначенные для выдачи ее за пределы щита.
В скальных породах проходческие щиты применяют реже. Щитовые платформы служат удобными подмостями для обуривания забоя и заряжания шпуров. Глубина заходки обычно равна ширине кольца тоннельной обделки
Очередное передвижение щита производят после того, как порода вынута на полный профиль по всей длине заходки и убрана за пределы щита, а последнее кольцо обделки замкнуто и сболчено на все болты о затяжкой их ключом.
Управляют щитом при его передвижке путем включения или выключения из сети высокого давления одного или группы щитовых домкратов.
Передвижку щита производят со скоростью 5— 10 см/мин, если на путищита не встречается дополнительных сопротивлений. Дополнительные сопротивления обычно возникают вследствие неполной разработки породы по сечению выработки, чаще в лотке. В немеханизированных щитах разрушенную породу грузят автономными погрузочными машинами в отдельные вагонетки. В щитах малых диаметров погрузку породы иногда осуществляют вручную совковыми лопатами с металлических листов, которые укрепляют внизу режущей части щита.
В механизированных щитах погрузка породы зависит от типа исполнительного органа щита.
В щитах с роторным исполнительным органом разрушенную породу из щита выдают на конвейер. Для этого непосредственно во вращающемся роторе имеются лопасти, которые подают породу по специальным направляющим точкам на конвейер.
В щитах с планетарным рабочим органом чаще всего разрушенную породу из забоя выдают е помощью ковшей. Ковши закреплены на водиле рабочего органа и вращаются вместе е ним. Сзади ковшей расположен отбойный лист, в верхней части которого имеется отверстие. Ковши захватывают разработанную породу в нижней части забоя и поднимают ее до отверстия в отбойном листе, где она по направляющей течке попадает на конвейер и далее в транспортные сосуды.
В ряде щитов, где отсутствует вращающийся рабочий орган, роторные погрузчики оснащают рабочим приводом. Погрузочный орган в этом случае располагают сзади рабочих площадок. Порода, осыпающаяся с горизонтальных площадок, зачерпывается ковшами и поднимается вверх, где по направляющей течке попадает на конвейер.
В щитах о исполнительным органом избирательного действия и о рассекающими площадками для песчаных и глинопесчаных пород часто используют шнековые погрузочные органы или же органы с нагребающими лапами. При проведении тоннелей в обводненных породах погрузку породы осуществляют о помощью пластинчатых питателей.
Для механизированных проходческих щитов, в которых разрушение породы в забое осуществляется рабочими органами различного типа, обязательна полная механизация и других основных операций проходческого цикла
Экономически рационально применять проходческие щиты в одинаковых горно-геологических условиях в горизонтальных выработках протяженностью для механизированных от 400 м и более, для немеханизированных — до 400 м.
Механизированные проходческие щиты являются комбинированными горными машинами, предназначенными для отделения горной породы от массива, уборки ее за пределы щита, временного крепления призабойного пространства и возведения крепи (обделки).
По области применения механизированные щиты делят на четыре группы, в которые входят щиты, предназначенные для проходки тоннелей: в неустойчивой водоносной среде с большим гидростатическим давлением (плывуны); в устойчивых песчано-глинистых породах; в породах средней крепости; в крепких породах.
Для проходки коллекторных тоннелей в нашей стране разработаны и применяются механизированные щиты небольших диаметров, позволяющие проводить коллекторы с большой скоростью. Характеристика щитов приведена ниже:
Дата добавления: 2016-02-16; просмотров: 2713;