Выбор технологической схемы строительства стволов

Основными критериями выбора технологической схемы являются минимальные затраты времени и средств на строительство ствола. При одинаковых затратах средств и времени учитывается макси­мальное использование проходческого оборудования ствола с целью сокращения времени и средств на армировку ствола, рассечку со­пряжения и переход к эксплуатации. Выбор технологической схемы зависит в основном от глубины и диаметра ствола. При глубине ствола 300 - 900 м в практике чаще применяют совмещённую схему, при глубине более 900 м в устойчивых породах - параллельно-щитовую. Однако в каждом конкретном случае выбор рациональной схемы следует производить на основании технико-экономического сравнении технически приемлемых схем. Основными сравниваемыми параметра­ми являются время строительства и стоимость варианта.

При последовательной схеме ствол делится на звенья. В звене производится выемка породы с временным креплением. Затем выемка породы приостанавливается, возводится опорный венец и от опорного венца снизу вверх возводится постоянная крепь. После закреп­ления звена постоянной крепью начинается выемка породы в следую­щем нижележащем звене и т. д. Таким образом, в рассматриваемой схеме проходка ствола периодически останавливается на время, не­обходимое для возведения постоянной крепи. Высота звена зависит от прочности боковых пород, их угла падения и притока воды. В среднем она колеблется в пределах 25-40 м. Достоинства схемы: простая организация работ, более высокая безопасность, небольшой объем работ по оснащению ствола. Недостатки: ско­рость проходки невысока из-за перехода от выемки породы к воз­ведению постоянной крепи, значительные затраты времени на вы­полнение вспомогательных работ, невозможность применения вы­сокопроизводительного оборудования.

В настоящее время эту схему применяют при проходке устьев стволов и технологических отходов, стволов небольшой (до 100 м) глубины.

Параллельная схема характеризуется одновременным производ­ством работ по выемке породы и возведением постоянной крепи на двух смежных по высоте участках (звеньях). Для этого варианта параллельной схемы основным признаком является применение вре­менной крепи. Высота каждого звена может меняться в пределах 15-30 м в зависимости от устойчивости пород.

В нижнем призабойном участке (звене) выемку породы ведут с помощью буровзрывных работ. Величина цикла 2-3 м. После подвигания забоя на цикл возводят временную крепь, состоящую из ме­таллических колец, собираемых из отдельных сегментов и деревян­ной затяжки.

На верхнем участке (звене) возводят постоянную крепь. Для этого подвесной двухэтажный полок устанавливают таким образом, чтобы нижний этаж находился на уровне нижней границы верхнего участка. Разделывают вруб в стенках ствола по всему периметру под опорный венец. Укладывают бетон за опалубку для опорного венца. Поднимают полок на уровень опорного венца и возводят постоянную крепь снизу вверх. Достоинства схемы: совмещение ра­бот по выемке породы и возведению постоянной крепи позволяет увеличить скорость проходки стволов до 60-70 м/мес. Временная крепь может быть повторно использована без выдачи ее на поверхность. Недостатки: сложная организация работ, требующая увязки производственных процессов на двух участках ствола по глубине, повышенная опасность для проходчиков, наличие дополнительного оборудования, частые перерывы в работе во время перемещения полка.

Параллельная схема со щитом-оболочкой характеризуется одно­временным производством работ по выемке породы и возведению постоянной крепи на одном участке ствола, но на разных уров­нях по глубине. Монолитную бетонную крепь возводят на расстоя­нии 20-30 м от забоя сверху вниз. Щит-оболочка выполняет роль временной крепи, висит на канатах свободно в стволе и предназ­начается только для обеспечения безопасности работающих в забое. Последовательность работ в забое ствола заключается в бурении шпуров, заряжении и взрывании их, проветривании забоя, приве­дении его в безопасное состояние, уборке породы. Все эти рабо­ты выполняют под защитой щита-оболочки и подвесного полка. Над щитом-оболочкой с подвесного полка возводят сверху вниз постоян­ную монолитную бетонную крепь заходками высотой 3-4 м в зависи­мости от величины заходки. Бетонная крепь возводится с поддона, укладкой бетона за опалубку. Поддон и опалубка висят на канатах. Возведение постоянной крепи выполняют в такой последовательнос­ти: отрывают поддон от ранее закрепленного участка крепи и опускают его на величину заходки по креплению; заделывают зазор между поддоном и породной стенкой ствола; отрывают опалубку и опускают на поддон; опускают полок и фиксируют в требуемом поло­жении; укладывают за опалубку и уплотняют бетонную смесь; заде­лывают шов между новой и ранее закреплённой заходкой. Достоин­ства схемы: высокая степень механизации процессов; максимально возможное совмещение работ по выемке породы и возведению посто­янной крепи; высокая безопасность работ; отсутствие временной крепи, что дает возможность снизить вспомогательные операции. Недостатки: большие капитальные затраты на оснащение ствола; высокая трудоемкость и продолжительность монтажных и демонтажных работ; более сложная организация работ; ограничена область применения (только в устойчивых породах); не исключается возможность за­жима щита-оболочки обрушающимися породами.

Совмещенная схема проходки характеризуется совмещением ра­бот по выемке и возведению постоянной крепи в едином проходчес­ком цикле. Временная крепь не применяется. Работы по выемке по­роды и возведению крепи могут выполняться параллельно или по­следовательно. При параллельном выполнении работ постоянная крепь возводится на небольшом удалении от забоя. В этом случае применяют секционную опалубку с опорным поддоном. Работы по возведению крепи ведут на расстоянии 1,5-2,0 м. При последо­вательном выполнении работ по выемке породы и возведению посто­янной крепи опалубка устанавливается на выровненную породу, ко­торая выполняет роль пикотажной перемычки. Работы выполняются в такой последовательности: обуривают забой, поднимают полок на безопасную высоту, заряжают, взрывают, проветривают и при­водят забой в безопасное состояние. Опускают полок, убирают породу (частично) из расчёта, чтобы можно было опустить опалубку на новую заходку крепи. Укладывают за опалубку бетон. После укладки бетонной смеси по всему периметру ствола на высоту около 1 м из центральной части ствола начинают отгружать породу. Остальную часть породы грузят после набора бетоном прочности 0,6 МПа. Бетон применяют быстротвердеющий. Затем все работы повторяются в такой же последовательности.

При использовании в качестве постоянной крепи тюбингов ра­боты выполняются в такой последовательности: взорванную породу убирают на 1,5 - 1,8 м (расстояние между нижней полкой тю­бинга и оставшейся породой); спускают в забой тюбинги и монти­руют тюбинговое кольцо, затем убирают породу на высоту тюбинга и монтируют следующее тюбинговое кольцо, далее работы повторяются. Достоинства схемы: концентрация работ в забойной части ствола упрощает организацию работ и повышает их безопасность; обеспечивается высокая механизация основных проходческих про­цессов; отсутствует временная крепь; простое оснащение забойной части ствола. Недостатки схемы: значительный объём последова­тельно выполняемых работ; стеснено рабочее пространство; воз­растает число холодных швов при монолитной бетонной крепи.