Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть 2. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ

АРМИРОВАНИЕ СТВОЛОВ

 

 

Армирование стволов включает в себя работы по установке расстрелов, навеске проводников, устройству лестничного отделения, монтажу трубопроводов и прокладке кабелей.

При строительстве стволов применяют два типа армировки — жесткую и гибкую. Жесткая армировка ( 7.8, а) состоит из расстрелов (горизонтально уложенных балок) и проводников (вертикально подвешенных балок к проводникам). Гибкая армировка состоит из канатных проводников, отбойных канатов, устройств для закрепления и натяжения канатов.

Наибольшее распространение получила жесткая армировка с продольными, консольными или распорно-консольными расстрелами (см.  7.8, б).

Расстрелы подразделяют на главные, вспомогательные и ложные. Главные расстрелы заделываются обоими концами в крепь ствола, вспомогательные —одним концом заделываются в крепь, а другим крепятся к главному расстрелу. Ложные расстрелы устанавливают между парными проводниками для придания им жесткости.

Главные и вспомогательные расстрелы устанавливают в одной плоскости, и они образуют ярус армировки. Расстояние между ярусами по глубине ствола называют шагом армировки. На расстрелах крепят проводники и монтируют полки лестничного отделения. Шаг армировки зависит от типа подъемных сосудов, скорости их движения по стволу и принимается кратным длине одного звена проводников: при рельсовых проводниках — 3,125 или 4,168 м, при проводниках коробчатого профиля — 4 м, при деревянных проводниках — 3 м.

Расстрелы в большинстве случаев изготавливают из металлических балок двутаврового профиля №20-36М (главные расстрелы) и № 14- 18В (вспомогательные расстрелы), сварных коробчатых профилей или уголков, а также из стального листа толщиной 10—12 мм. Размеры расстрелов из швеллера (220 х 82) — (360 х 110) мм, из уголков (135 х 80) — (212 х 125) мм, из стального листа (186 х 80) — (240 х 105) мм.

Для снижения аэродинамического сопротивления движению воздуха в глубоких стволах на расстрелы устанавливают обтекатели конусовидной формы.

В зарубежной практике в глубоких стволах применяют железобетонные расстрелы овальной формы с размерами 130 х 585 мм.

Деревянные расстрелы используют на вспомогательных стволах и шурфах с деревянной крепью. Их изготавливают из брусьев размерами 200 х 200 или 200 х 250 мм.

 

 

Главные расстрелы для удобства их установки в лунки выполняются составными из двух неравных частей. Длинную часть принимают на 50—60 см короче диаметра ствола в свету. Стыки расстрелов скрепляют сваркой или с помощью накладок и болтов.

При армировании стволов в последние годы применяют анкерное крепление расстрелов. Узел крепления расстрела коробчатого профиля показан на  7.9, а, где опорную плиту / с анкерами 2 и опорной полкой 3 жестко крепят к бетонной стенке ствола. Опорная полка усилена косынками 4, а расстрелы 5 электросваркой приваривают к полке 3.

При этом креплении анкеры работают на динамическую нагрузку и должны иметь такую конструкцию, которая обеспечивала бы минимальное смещение замка в бетоне. Наиболее подходящими для этих условий являются анкеры типа УШС с распорным замком (см.  7.9, б). Анкер состоит из стального стержня / диаметром 30 мм, ступенчатого клина 2, опорной шайбы 3 и гайки 4. Стержень имеет многоступенчатые выемки, в которые входят выступы клина 2, и распирается в бетоне.

Максимальное усилие выдергивания такого анкера составляет около 12 • 104 н.

В зарубежной практике для крепления расстрелов применяют клеевые анкеры типа Ц (см.  7.9, в). Используют также крепление расстрелов на закладных деталях, когда в крепь при бетонировании заделывают вкладыши (коротыши) концов расстрелов, а потом приваривают к ним сами расстрелы.

Жесткая армировка с продольными расстрелами имеет ряд недостатков, а именно: значительная трудоемкость при ее монтаже, высокая металлоемкость, высокое аэродинамическое сопротивление, загромождение сечения ствола на 10—20% от площади в свету. Расход металла на армировку ствола глубиной до 1000 м составляет 1200—1500 т.

Для снижения расхода металла и уменьшения аэродинамического сопротивления, а также высвобождения сечения ствола в последнее время стали применять армировку с консольными и консольно-распорными расстрелами (см.  7.8, б). Консольно-распорные расстрелы обладают высокой прочностью и жесткостью, что обеспечивает возможность высоких скоростей движения подъемных сосудов по стволу.

Расстрелы изготавливают из двутавровых балок № 18В, сваренных под углом 90°, или из уголков 200 х 125 х 12 мм, их располагают попарно и прочно заделывают в бетонную крепь.

Применение консольно-распорных расстрелов позволяет по сравнению с армировкой продольными расстрелами сократить расход металла в два раза, разредить центральную часть сечения ствола, что обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления в 3—4 раза.

В настоящее время в глубоких стволах внедряют так называемую безрасстрельную малоярусную армировку. В конструкции такой армировки предусматривают крепление проводников на демпферных канатах, которые, в свою очередь, крепят на жестких консольных упорах, заделанных в крепь ствола. Шаг такой армировки составляет 2—2,5 м. Проводники имеют фигурный профиль в виде «ласточкина хвоста» с фиксированной податливостью. Движение подъемных сосудов по проводникам осуществляется с помощью роликовых устройств. Натяжение демпферных канатов составляет 200, 500, 1000 кН.

Во всех видах армировки для обеспечения долговечности эксплуатации расстрелов на них наносится антикоррозионное покрытие, противостоящее агрессии водовоздушной среды.

Проводники предназначены для направления движения подъемных сосудов по стволу. Жесткие проводники изготавливают из железнодорожных рельсов и металлических балок коробчатого профиля. Во вспомогательных стволах небольшой глубины при незначительных скоростях подъема, главным образом для клетевых подъемов, применяют деревянные проводники.

Рельсовые проводники используют в основном в скиповых подъемах и изготавливают из рельсов типа Р-38, Р-43, Р-50 длиной 12,5 и 25 м.

К недостаткам рельсовых проводников относят неравномерное распределение массы в сечении рельса, вследствие чего момент инерции относительно осей х—х и у—у различен, и это обусловливает большой продольный изгиб при движении подъемных сосудов и потерю устойчивости, кроме того, профиль сечения рельсов не обеспечивает возможности использования роликовых направляющих.

В настоящее время более широкое применение находят гнутые и сварные проводники коробчатого профиля размерами 160 х 160 х 12 мм, 180x180x16, 200x200x16 и 220x220x16 мм (высота х ширинах толщина). Сварные проводники изготавливают из уголка соответствующего профиля, а гнутые С-образной формы размерами 180 х х 180 х 55 х 10, 200 х 200 х 75 х 10 и 220 х 220 х 75 х 10 мм из стального листа (ширина х высота х зазор между краями гнутого листа х толщина листа). Проводники гнутые С-образной формы по сравнению с рельсовыми имеют значительно ббльшую жесткость, что позволяет увеличить расстояние между ярусами расстрелов, использовать роликовые направляющие и увеличить скорость движения сосудов. Такие проводники менее трудоемки в изготовлении по сравнению со сварными проводниками из уголков и имеют меньшую металлоемкость.

Расположение проводников относительно подъемных сосудов бывает лобовое — по торцам клети (скипа) и боковое — по длинной стороне клети; одностороннее —два проводника на одной стороне подъемного сосуда и двустороннее — проводники по обе стороны подъемного сосуда.

Выбор схемы расположения проводников зависит от типа подъемных сосудов (скипы, клети), их размеров в плане, схемы вскрытия месторождения (одногоризонтное, многогоризонтное при крутом падении пластов или рудных жил и т.п.) и скорости подъема.

Общими требованиями ко всем типам армировки являются жесткость ее конструкции и надежность работы.

Крепление проводников к расстрелам в зависимости от их типа и профиля может быть различным. Так, рельсовые проводники крепят к расстрелам из двутавровых балок скобами Бриара ( 7.10, а), одинарные проводники — скобами СОЛ (скобы односторонние легкие). Коробчатые проводники крепят к расстрелам болтами Т-образной формы. 

Благодаря такому соединению смягчается удар при прохождении подъемных сосудов через стык.

Деревянные проводники к расстрелам крепят болтами с потайными головками.

Стыковка проводников может быть осуществлена непосредственно на расстреле или между ярусами расстрелов. В первом случае торцы проводников размещают в середине высоты балки расстрела, при этом основания (полки) рельсовых проводников устанавливают в углублениях (лежках) на расстрелах. При наличии парных проводников стыковку выполняют на разных ярусах расстрелов.

На стыке между проводниками оставляют температурный зазор в 5 мм. Для надежности стыка, а также для удобства монтажа проводников в яблоке торца рельса делают отверстие диаметром 12—16 мм, глубиной 50-70 мм, в которое вставляют металлическую шпильку. Для повышения продольной жесткости проводников между ними в промежутке между ярусами расстрелов устанавливают ложные расстрелы, что позволяет увеличить скорость движения подъемных сосудов.

Коробчатые проводники обычно стыкуются между ярусами расстрелов и соединяются стальными полосами или уголками, приваренными к одному из проводников.

Деревянные проводники стыкуются на уровне расстрелов прямой врубкой (зубом), косым зубом или стыком с деревянной накладкой и болтами с потайной головкой.

Одновременно с монтажом расстрелов и проводников в стволе оборудуют лестничное отделение. Расстояние между лестничными полками принимают кратным расстоянию между ярусами расстрелов (шагу арми-ровки). При рельсовых проводниках расстояние между лестничными полками выбирают равным 6250 мм, при коробчатых проводниках — 4000 мм, но не более 8000 мм, при деревянных — 3000—4000 мм. Лестничные полки делают из рифленого стального листа толщиной 4—6 мм, приваренного к расстрелам. Лестницы устанавливают с наклоном к полку под углом 80°. В полках делают проемы (лазы) размерами 700 х 600 мм для прохода людей. Лестницы ( 7.11, а) делают металлическими или деревянными шириной не менее 400 мм с расстоянием между ступеньками не более 400 мм (см,  7.11, б). Расстояние от основания лестницы до вертикальной стенки отделения должно быть не менее 600 мм. Над каждым полком лестницы должны выступать на 1 м или в крепь ствола выше полка необходимо заделывать скобы для подъема по ним. Лестничное отделение отшивается от подъемного и трубокабельного досками или металлической сеткой.

В глубоких стволах (глубиной более 700—800 м) целесообразно взамен лестничного отделения предусматривать постоянный аварийный подъем.

Для прокладки трубопроводов и кабелей по стволу предусматривают специальное трубокабельное отделение, которое располагают рядом с лестничным отделением. Трубопроводы можно крепить к расстрелам с помощью хомутов, устанавливаемых через 6—12 м по высоте, кронштейнов и хомутов, заделываемых в крепь ствола.

Крепление кабелей выполняют на расстрелах при помощи конусных зажимов или зажимов, заделываемых в крепь ствола. Зажим устанавливают через 6—8 м.

Гибкая армировка. Как отмечалось ранее, гибкую армировку с канатными проводниками применяют во вспомогательных стволах с поперечным сечением в виде круга, клетевым подъемом и относительно небольшой глубины (до 500—600 м).

Гибкая армировка состоит из канатных проводников, по которым перемещаются подъемные сосуды /, отбойных канатов 2, предохраняющих подъемные сосуды от столкновения, и натяжных устройств в копре и зумпфе. Диаметр канатов 30-45 мм. Отбойные канаты имеют такую же конструкцию и диаметр не менее 40 мм с пятикратным запасом прочности. Натяжение канатов— 10-20 кН на каждые 100 м длины каната. Для движения подъемных сосудов по канатным направляющим 3 на корпусе сосудов по четырем углам крепятся направляющие муфты со сменными вкладышами из бронзы.

При использовании гибкой армировки обеспечивается плавное движение подъемных сосудов, что особенно важно при большой скорости подъема, уменьшается аэродинамическое сопротивление воздушной струе. Основным недостатком гибкой армировки является необходимость увеличения сечения ствола на 0,5-1 м (диаметр в свету) для обеспечения нормативных зазоров между подъемным сосудом и крепью из-за значительных колебаний сосудов в процессе движения.

Подготовительные работы перед армированием ствола. До начала работ по армированию выполняют подготовительные работы, которые включают в себя следующие мероприятия: подготовка элементов армировки — расстрелов, проводников, зажимающих скоб, элементов лестничного отделения, труб, кабелей, полков, крепежного материала и т.п.

Элементы армировки проверяют с помощью шаблонов и контрольной сборки на стендах. Затем их маркируют и укладывают в штабеля в порядке очередности использования. Трубы испытывают посредством оп-рессовки. Далее в копре демонтируют разгрузочный станок, верхнюю приемную площадку, переоборудуют подшкивную площадку, переставляют шкивы так, чтобы монтажная люлька и элементы армировки проходили между установленными расстрелами, переоборудуют нулевую раму в соответствии с расположением в стволе расстрелов и оборудования для армирования. Непосредственно в стволе демонтируют и выдают на поверхность все проходческое оборудование, вентиляционные и водоотливные трубы, бетонопровод, трубы сжатого воздуха, насосы и пр. Одновременно поднимают в стволе подвесной полок и переоборудуют его для работы по армированию. Осуществляют контрольную съемку профиля стен ствола, составляют продольный разрез и совмещенный план поперечных сечений ствола.

По результатам маркшейдерской сетки уточняют, а при необходимости и корректируют проект армирования. В стволе устанавливают первый контрольный ярус расстрелов, по которому с помощью отвесов и шаблонов контролируют установку элементов армировки по всему стволу.

Перед началом работ по армированию составляют проект производства работ (ППР), который включает в себя технологические схемы производства армирования, план размещения оборудования, график организации работ, мероприятия по заготовке элементов армировки, мероприятия по безопасности работ и т.п. Продолжительность подготовительных работ составляет от 15 до 30 дней.

Производство работ по армированию. В зависимости от очередности работ по установке расстрелов и навеске проводников армирование стволов может быть выполнено по последовательной, параллельной и совмещенной технологическим схемам.

При последовательной схеме установку расстрелов и навеску проводников осуществляют последовательно на всю глубину ствола или на участках, кратных длине звена проводника. Установку расстрелов ведут сверху вниз одновременно с оборудованием лестничного отделения, а затем снизу вверх или сверху вниз навешивают проводники. Работы по установке расстрелов выполняют с двухэтажного подвесного полка ( 7.13), в котором расстояние между этажами соответствует расстоянию между ярусами расстрелов (шагу армировки). На нижнем этаже полка ведут подготовку лунок под расстрелы (если они не были заготовлены заранее при возведении крепи ствола) или бурение скважин под анкеры при креплении расстрелов анкерами. При тюбинговой крепи сверлят отверстия во фланцах тюбингов.

Разметку лунок или скважин осуществляют с помощью шаблонов. Глубина заделки расстрелов должна быть не менее высоты расстрела или принимается равной 2/3 толщины стенки крепи. Для механизации работ по долблению лунок в ЦНИИПодземмаше разработали станок СБЛ (станок бурения лунок), который состоит из трех пневмоударников с коронками диаметром 200 мм, расположенных один над другим, что позволяет бурить лунку размерами 200 х 570 мм и глубиной до 600 мм.

На верхнем этаже полка устанавливают расстрелы, проверяют правильность их положения шаблонами, угольниками, отвесами и уровнями. Для выравнивания расстрелов в горизонтальном положении в лунки закладывают стальные подкладки различной толщины.

Спуск главных расстрелов осуществляют на канате проходческой подъемной установки. На конце каната крепят серьгу с болтами для крепления. Расстрел за проушины подвешивают к серьге и крепят болтами. Проушины делают на расстоянии, равном 1/3 длины расстрела от его конца. Благодаря такой подвеске расстрел можно свободно поворачивать и заводить в лунку. Заводку расстрелов в лунки и их заделку бетоном выполняют на верхнем этаже полка. Короткие вспомогательные расстрелы спускают в бадьях.

Лестничное отделение оборудуют сразу после установки всех расстрелов яруса.

Продолжительность установки расстрелов и монтажа лестничного отделения занимает около 50-60 % общего времени армирования. Скорость армирования в зависимости от типа армировки колеблется от 7 до 16 м/сут.

По окончании работ по установке ярусов расстрелов на всю глубину ствола подвесной полок в нижней части ствола разбирают и по частям выдают на поверхность. Затем приступают к навеске проводников снизу вверх или сверху вниз с трех-четырехэтажных люлек ( 7.14), на каждом этаже которых работают по одному монтажнику. Проводники опускают в ствол по одному и устанавливают на ранее смонтированные проводники (при монтаже снизу вверх). Стыковку проводников выполняют с помощью шпилек, которые вставляют в отверстие в яблоке торца рельса (при рельсовых проводниках).

Межэтажные полки люльки / расположены на расстоянии, равном шагу армировки, а между полками устанавливают лестницы 2. Лестничные лазы на полках смещены относительно друг друга и перекрыты лядами. На верхнем этаже люльки установлен поворотный кран 3, с помощью которого проводники подводятся к месту установки и крепятся к расстрелам. Спуск проводников так же, как и расстрелов, осуществляют на канате подъемной установки, подвешивая их на серьге или прицепном устройстве 4.

Люльку подвешивают на канате тихоходной лебедки, число люлек определяется типом армировки и размерами сечения ствола. В стволах диаметром 5—6 м подвешивают одну люльку, при ббльших диаметрах — две, три.

Продолжительность навески проводников составляет 7-9 % общего времени армирования ствола при средней скорости навески 60—70 м/сут.

Армирование стволов по параллельной схеме предусматривает одновременное ведение работ по установке расстрелов, оборудованию лестничного отделения, навеске проводников и прокладке трубопроводов и кабелей. Работы по установке расстрелов производят с подвесного трехэтажного полка, а навеску проводников и монтаж трубопроводов — с многоэтажных люлек. Эти работы можно осуществлять сверху вниз или снизу вверх на всю глубину ствола. Технология выполнения отдельных операций по армированию аналогична технологии в предыдущей схеме.

При параллельной схеме обеспечивается более высокая скорость армирования по сравнению с последовательной схемой, требуется четкая организация работ в стволе и на поверхности.

Схема совмещенного армирования ( 7.15). Она характеризуется тем, что установку расстрелов и навеску проводников ведут одновременно с подвесного двухэтажного полка сверху вниз на участке одного шага армировки. При этом разделку лунок осуществляют на нижнем этаже полка (фаза /), а установку расстрелов и навеску проводников — на верхнем одновременно с ведением работ на нижнем этаже (фаза //). Нижние концы проводников пропускают через проемы в этажах подвесного полка (фаза ///). После установки расстрелов и навески проводников на одном шаге армировки полок опускают на следующий горизонт расстрелов и т.д.

Отсутствие люлек при этой схеме упрощает переоборудование ствола перед армированием. Однако стесненность при работах по установке расстрелов, навеске проводников, монтажу лестничного и трубокабельного отделения на ограниченной площади одного этажа полка вызывает дополнительные трудности. Кроме того, стесненность при работах создает возможность для ударов опускающегося полка по проводникам, вследствие чего могут сместиться только что заделанные расстрелы.

Армирование стволов одновременно с проходкой ( 7.16). Эту схему применяют при строительстве глубоких стволов. Установку расстрелов осуществляют со специального подвесного полка, находящегося на высоте 30—40 м от забоя. На нижнем этаже полка разделывают лунки, а на верхнем — устанавливают и закрепляют расстрелы. Установку расстрелов обычно совмещают с бурением шпуров в забое. Проводники навешивают после подвигания забоя на длину звена проводников (8— 12,5 м). Одновременно с навеской проводников монтируют лестничное отделение, прокладывают все необходимые для проходки трубопроводы и кабели. В этом случае исключается необходимость их подвески на канатах и сокращается число проходческих лебедок.

При использовании этой схемы все работы по проходке и армированию ствола должны быть строго увязаны между собой и составлять единый проходческий цикл.

При армировании ствола одновременно с проходкой уменьшается продолжительность переходного периода от строительства ствола к проведению горизонтальных выработок на 6—7 месяцев и упрощается оборудование подъема на поверхности. Однако при этой схеме значительно снижается средняя скорость строительства стволов (до 30-40 м/мес).

Сопоставляя рассмотренные схемы армирования стволов, следует отметить, что последовательная схема является наиболее простой с з точки зрения организации работ и их безопасности, но она не обеспечивает достаточных скоростей армирования, что особенно важно для глубоких стволов.

Совмещенную схему армирования применяют в ос-

новном для глубоких стволов,

когда важным фактором явля

ется сокращение времени

переходного периода, однако

работы при этом значительно

усложняются и требуют чет

кой организации.

Выбор схемы армирования ствола зависит от конкретных организационно-технологических условий и обусловливается затратами времени и средств.

 

К содержанию книги: ГОРНОЕ ДЕЛО: Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация