ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СОПРЯЖЕНИЙ ВЫРАБОТОК

Под сопряжением горных выработок понимают область взаимного влияния двух и большего числа пересекающихся выработок, в которой происходит взаимное наложение зон бокового опорного давления и зон разгрузки в кровле. В результате наложения этих зон крепь испытывает, как правило, повышенное горное давление и приходится принимать меры по обеспечению прочности крепи (уменьшение шага крепи, повышение ее несущей способности и др.). Объем сопряжений горизонтальных и наклонных выработок на угольной шахте составляет всего 6-7 % общего объема горных работ. Однако сооружение их весьма сложно, трудоемко и занимает много времени. Это объясняется большими пролетами (до 10-12 м) и значительными обнажениями кровли, а также сложной конфигурацией и конструкцией крепи сопряжения.

Вид постоянной крепи сопряжения определяет вид крепи сопрягаемых выработок. В качестве постоянной крепи применяют монолит­ную бетонную или железобетонную, сборную железобетонную, каменную, металлическую и металлобетонную крепи. На шахтах крепь сопряжений возводят с плоским или сводчатым перекрытием. Из-за простоты конструкции и меньшего объема выемки породы крепи с плоским пере­крытием имеют преимущества по сравнению со сводчатыми, что обеспечивает меньшие сроки строительства сопряжений. Однако такие крепи обладают меньшей несущей способностью и при больших пролетах требуют увеличения толщины перекрытия, что приводит к увеличению стоимости сопряжения. Поэтому крепь с плоским перекрытием преимущественно применяют при трапециевидной или прямоугольной форме поперечного сечения сопрягающихся выработок и при ширине пролета сопряжений не более 4-5 м. При ширине пролета более 5 м и в слабых породах в сопряжениях рекомендуют использовать сводчатое перекрытие.

Основными видами крепи при плоском перекрытии являются: железобетонные стойки с металлическими верхняками и смешанная крепь — бетонные стены с перекрытием из металлических балок; при сводчатом перекрытии - металлическая крепь из спецпрофиля, монолитная бетонная и железобетонная, сборная железобетонная. При креплении сопряжения металлическими рамами или сборной железобетонной крепью выработку расширяют ступенями, что сокращает число типоразмеров сборных рам и упрощает проходку сопряжения.

Сопряжения горных выработок можно разделить на три группы, которые отличаются по условиям заложения и особенностям технологических операций.

К первой группе относят сопряжения, расположенные в пределах око­лоствольного двора, выработки которого, как правило, залегают в крепких устойчивых породах. Срок службы сопряжений равен сроку службы шахты, блока.

Ко второй группе относят сопряжения, расположенные на протяжен­ных горизонтальных выработках, охраняемых угольными целиками ши­риной 50-70 м. Срок их службы колеблется в пределах от срока службы шахты до срока службы крыла, панели.

К третьей группе относят сопряжения, расположенные на наклонных выработках, охрана которых осуществляется угольными целиками шири­ной 10-70 м. Для сопряжений этой группы характерно многообразие ти­пов и материалов крепи. Срок их службы колеблется от срока службы участка до срока службы бремсбергового или уклонного полей.

Сопряжения горных выработок по виду подразделяют на прямо-угольные и остроугольные пересечения, на прямоугольные и остроугольные ответвления, разветвления под углом и по кривым, сопряжения «треугольный узел» и тупоугольные и прямоугольные примыкания.

При выборе вида сопряжений необходимо учитывать тип транспорта и радиусы закруглений, а также основные параметры сопряжений: расчетный пролет, угол между выработками; площадь обнажения и длину участков сопрягающихся выработок, испытывающих взаимное влияние.

В зависимости от назначения и транспортной оснащенности выработок выбирают характер примыкания выработок по криволинейной траектории с радиусом закругления пути при электровозной от­катке 8, 12, 20 м и более или по прямолинейной траектории при конвейерном транспорте.

Для бурения шпуров, погрузки горной массы, возведения временной и постоянной крепи при строительстве сопряжений используют то же оборудование, с помощью которого осуществляли проведение сопрягающихся выработок.

Технологическую схему проведения и последовательность выполнения работ определяют с учетом форм и размеров поперечного сечения сопряжения, устойчивости окружающих пород и направления движения по отношению к основной выработке сопряжения. В практике нашли применение в основном две схемы сооружения сопряжений:

– полным сечением;

– сечением одной из примыкающих выра­боток с последующим расширением до проектных размеров.

В малоустойчивых породах иногда строительство сопряжений ведут независи­мыми забоями.

Первая схема отличается наибольшей простотой по производству работ и обеспечивает наибольшие скорости проведения и производительность труда. Эта схема имеет преимущественное применение в устойчи­вых породах независимо от вида и размеров сопряжений. Вторую схему применяют только в слабых породах.

Строительство сопряжений по обеим схемам можно производить как со стороны основной выработки, так и со стороны разветвления сопрягаемых выработок.

В зависимости от принятой схемы строительства сопряжения все работы по выемке породы и возведению крепи разбивают на несколько этапов. Для каждого этапа характерны своя длина участка сопряжения и объем работ, по которым раздельно определяется время их выполнения.

Схема строительства сопряжения полным сечением (рис. 1).

На этапе I при проведении сопряжения со стороны основной выработки производят выемку породы полным сечением на всю длину сопряжения с учетом размеров «утюга». Выработку при сводчатом перекрытии кре­пят временной крепью в виде металлической арки из швеллера на анкерах. Анкеры устанавливают несколько выше плиты свода. При плоском железобетонном перекрытии в качестве временной крепи устанавливают деревянные неполные рамы. При деревянном или металлическом креплении сопряжений возводят сразу постоянную крепь. При подходе к месту разветвления выработок производят их засечку на глубину 1,5-2 м.

На этапе II возводят постоянную крепь, включая и бетонный «утюг».

На этапе III выполняют все заключительные работы: разборку временного и настилку постоянного рельсового пути, снятие опалубки и устройство водоотводной канавки.

Этап I

Этап II

Г-Г

Этап Ш

Е-Е

Рис. 1. Схема строительства сопряжения полным сечением со стороны основной выработки

Строительство сопряжения со стороны разветвления ведут также в три этапа и в той же последовательности, что и в предыдущей схеме (рис. 2). При выемке породы вначале проводят часть сопряжения (на длину 2-3 м) сечением, равным сечению примыкающей выработки. Для расширения пройденного участка до проектных размеров делают 2-3 взрыва с учетом «утюга» в сторону уширения сопряжения, при этом в качестве временной крепи устанавливают деревянные стойки под распил. Затем производят выемку породы под свод сопряжения.

Этап I

Этап II

Рис. 2. Схема строительства сопряжения полным сечением со стороны

разветв­ления выработок

Свод закрепляют временной арочной крепью на анкерах. Дальнейшее проведение осуществляляют полным сечением. Постоянную крепь возводят в направлении от забоя после выемки породы на полную длину сопряжения.

Технологическая схема строительства сопряжения сечением одной из примыкающих выработок с последующим расширением до проектного сечения (рис. 3). При сооружении сопряжения по этой схеме на I этапе со стороны основной выработки проводят в первую очередь на полную длину выработку с установкой временной крепи при плоском перекрытии - из деревянных рам, при сводчатом - из ме­таллических полуарок на анкерах.

Остальные этапы несколько отличают­ся в зависимости от применяемого вида постоянной крепи. При креплении сопряжения монолитным железобетоном с жесткой арматурой из металлических балок на II этапе, начиная также со стороны основной выработки, производят выемку породы до проектного сечения с установкой постоянных металлических арок и железобетонной затяжки в своде на всю длину сопряжения. На III этапе сопряжение бетонируют и после это­го выполняют заключительные работы.

При креплении сопряжений монолитным бетоном и железобетоном с гибкой арматурой на II этапе в том же направлении небольшими заходками производят одновременную выемку породы до проектного сечения и возводят постоянную крепь. На III этапе выполняют заключительные работы.

Рис. 3. Схема строительства сопряжения сечением одной из примыкающих вы­работок с последующим расширением до проектных размеров со стороны основной выработки

При строительстве сопряжения со стороны разветвления (рис. 4) сначала на всю его длину проводят выработку обычно с поперечным сечением прямоугольной формы и крепят ее деревянной временной крепью (I этап). Затем в обратном направлении расширяют выработ­ку до проектных размеров и возводят постоянную крепь - II и III этапы. Для выемки породы при расширении, как правило, используют отбойные молотки.

Рассмотренные схемы строительства сопряжений сечением одной из примыкающих выработок с последующим расширением до проектного сечения применяют в породах с f< 4 и при максимальном пролете сопряжения более 5 м.

При схеме строительства сопряжения независимыми забоями, которую применяют в малоустойчивых породах, сначала по контурам сопряжения проводят две боковые выработки шириной 1,6 м и высотой 2-2,5 м на всю длину сопряжения. Затем возводят бетонные стены и после приобретения бетоном достаточной прочности при плоском пере­крытии приступают к сооружению сопряжения, а при сводчатом - к вы­емке свода отбойными молотками, установке опалубки и укладке бетона. После приобретения бетоном прочности в своде производят разборку опалубки и выемку оставшейся породы в средней части сечения выработки.

Рис. 4. Схема строительства сопряжения сечением одной из примыкающих вы­работок с последующим расширением до проектных размеров со стороны

развет­вления выработок

Крепи сопряжений