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.

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.