СТРОИТЕЛЬСТВО СТВОЛОВ

Ствол – вертикальная горная выработка с постоянной крепью, предназначенная для технологической связи подземного сооружения с поверхностью. Различают стволы разведочные, шахтные и специальные. В горнодобывающей промышленности, а также при строительстве транспортных и гидротехнических тоннелей и гидроэлектростанций применяют в основном круглую форму поперечного сечения стволов. Такая форма повышает устойчивость породных стен стволов и позволяет применить в качестве материала крепи бетон. При круглой форме поперечного сечения механизировано выполняются основные технологические процессы – бурение шпуров, погрузка породы и возведение крепи.

Размеры поперечного сечения стволов обуславливаются их назначением. В горнодобывающей промышленности в основном применяют стволы диаметрами от 5 до 8,5м в свету. Размеры площади поперечного сечения ствола определяются в зависимости от размеров принятых подъемных сосудов, их расположения в стволе с соблюдением необходимых зазоров.

Основными этапами работ по сооружению ствола являются:

- проходка устья ствола и технологического отхода предназначенного для размещения забойного оборудования;
- оснащение поверхности ствола подъемно-копровым оборудованием;
- оснащение ствола забойным оборудованием;
- проходка ствола с приствольными камерами и сопряжениями;
- армирование ствола .

Стволы шахт по своему назначению подразделяют на главные, вспомогательные и вентиляционные (воздухоподающие). Глубина стволов определяется глубиной залегания полезного ископаемого, схемой вскрытия шахтного поля.

Сооружение устья ствола.Устье ствола в большинстве случаев сооружают в слабых, неустойчивых наносных породах, мощность которых колеблется в широких пределах. Глубина устья в каждом отдельном случае определя­ется проектом в зависимости от глубины залегания коренных или плотных пород, в которых закладывают опорный венец. Обычно устье имеет глубину от 10 до 30 м. Размеры поперечного сечения устья в свету равны сечению ствола в свету.

Конструкция крепи устья определяется в зависимости от назначения ствола, физико-механических свойств пересекаемых пород, вертикаль­ной и горизонтальной нагрузок на крепь, материала крепи. Вертикальная нагрузка на крепь устья образуется в результате давления копра и веса самой крепи устья. Горизонтальные нагрузки на крепь создают боковые породы, а при наличии башенных копров возникают распорные усилия от фундамента копра.

На рис. 1 представлены наиболее распространенные конструкции устья.

Рис. 1. Конструкции устьев вертикальных стволов

Устье состоит из оголовка (воротника) 1, средней части 2 и опорного венца (башмака) 3 (рис. 1, а). Оголовок и опорный венец восприни­мают вертикальные нагрузки и передают их на боковые породы.

В устье устраивают проемы для опорных балок под копер, вентиля­ционных и калориферных каналов, кабелей и труб.

Обычно устье крепят монолитной железобетонной крепью, реже бе­тоном, металлическими или железобетонными тюбингами. Толщину крепи, а также оголовка и опорного венца выбирают в зависимости от нагрузок, размеров проемов, каналов и диаметра ствола.

Для защиты ствола от сточных вод устье сооружают на 200 мм выше отметки поверхности промплощадки.

При мощности наносных отложений 10—12 м опорный венец устраи­вают в коренных породах, подстилающих наносы, а когда копер опирается на крепь устья, то устраивают и оголовок (рис. 1, а). При достаточно мощных наносах, когда невозможно заложить опорный венец, устье про­ходят на глубину 10-12 м и в верхней части сооружают мощный двух­ступенчатый оголовок, который воспринимает всю вертикальную нагруз­ку (см. рис. 1, б). Конструкцию крепи устья без оголовка (см. рис. 1, в) применяют, когда коренные породы выходят на поверхность, а копер опирается на самостоятельный фундамент. На стволах с башенным копром фундамент обычно отделяют от крепи устья (см. рис. 1, г).

Устье сооружают в следующей последовательности: отрывают с по­мощью экскаватора котлован на глубину оголовка, устанавливают опа­лубку и возводят железобетонную крепь оголовка, устанавливают раму-шаблон, монтируют проходческое оборудование, вынимают породу на всю глубину устья или отдельного звена с поддержанием стенок времен­ной крепью, разделывают породу под опорный венец, устанавливают опалубку, монтируют арматуру и снизу вверх отдельными заходками воз­водят железобетонную или монолитную бетонную крепь, демонтируя по­степенно временную крепь.

Для сооружения устья могут быть использованы временные передвиж­ные установки или применено основное проходческое оборудование -копер, подъемная машина и др.

В первом случае применяют комплексы оборудования типа КПШ-2 (рис. .2).

Комплекс КПШ-2 состоит из автокрана К-51, пневмопогрузчика КС-3, подвесной опалубки, трех проходческих лебедок ЛП-10/800, крана-экс­каватора Э-505-А, двух бадей вместимостью 1 м³, универсальной рамы-шаблона, бункера для бетонной смеси, става труб бетонопровода. Кроме того, в этот комплекс также входят забойный насос Н-1м, лебедка ЛП-5/500, два передвижных компрессора ЗИФ-55, передвижной загрузочный бункер вместимостью 7 м для перегрузки породы в автосамосвалы.

Комплекс КПШ-2 позволяет проходить устье и технологический отход на глубину до 50 м. Скорость сооружения устья составляет 15-20 м/мес, а производительность труда проходчиков 0,7-1 м³/чел.-смену.

Проходческий комплекс КС-14 (рис. 3) состоит из погрузочной ма­шины с ковшовым исполнительным органом, монорельса для перемеще­ния погрузочной машины, подъемной установки, копра с разгрузочным устройством, самоопрокидного скипа или клети, проводников для скипа, подъемного крана для монтажа крепи, подвесного предохранительного полка, оборудования для задавливания крепи.

Комплекс КС-14 предназначен для проходки устьев стволов глубиной до 40 м с постоянной крепью из тюбингов. Он может быть использован также при проходке в крепких породах с применением буровзрывных ра­бот (БВР). Этот комплекс широко применяют при проходке стволов в подземном городском строительстве.

Рис. 2.Комплекс оборудования КПШ-2: 1 - пневмопогрузчик КС-3; 2 - универсальная рама-шаблон; 3 - автокран К-51; 4 - кран-экскаватор Э-505-А; 5 - бадья; 6 - подвесная опалубка; 7 - проходческие лебедки ЛП-10/800; 8 - став труб бетонопровода; 9 - бункер для бетонной смеси	Рис. 3. Проходческий комплекс КС-14: 1 - породопогрузочная машина; 2 - монорельс погрузочной машины; 3 - проводник; 4 -самоопрокидной скип; 5 - разгрузочное устройство; 6 - подъемная установка и копер; 7 - оборудование для задавливания крепи; 8 - кран для монтажа крепи; 9 - подвесной проходческий полок

Отработку мягкой породы при проходке устья осуществляют посредст­вом отбойных молотков или пневмоломов. Породы средней крепости и крепкие разрабатывают с помощью буровзрывных работ шпурами относи­тельно небольшой длины - 1-1,3 м и с малым зарядом. Отбитую породу грузят в бадьи или выдают непосредственно на поверхность пневматиче­скими грузчиками с ручным вождением КС-3. Стенки устья ствола по мере углубления забоя крепят временной крепью (рис. 2), которая состоит из отдельных металлических колец, подвесок, затяжки и распорных стоек.