Проведение горных выработок

Проведение горных выработок

Проходка горных выработок, искусственное образование в земной коре полостей путём выемки горных пород для вскрытия месторождения полезного ископаемого, транспортировки, вентиляции и т.д. Этим целям служат шахтные стволы, штольни, квершлаги, горизонтальные и наклонные выработки (штреки, бремсберги, уклоны) и др.

Для П. г. в. в зависимости от их назначения, горно-геологических и гидрологических условий существует несколько способов. Способы П. г. в. зависят также от уровня и степени механизации горнопроходческих работ.

Шахтные стволы в породах, где притоки подземных вод до 5 м³/ч, сооружают обычным способом; при притоках свыше 5м³/ч — специальными способами, применение которых определяется не только по фактору притока подземных вод, но и по устойчивости пород. Например, при проведении горизонтальных и наклонных выработок в неустойчивых породах (пески, супеси и т.п.) применяют специальные способы при притоках вод менее 5 м³/ч,а в устойчивых скальных породах притоки воды даже до 50м³/ч могут не вызывать необходимости применения специального способа. В отличие от обычных, специальные способы характеризуются производством работ по предварительному закреплению массива горных пород, в котором сооружается горная выработка, что позволяет повысить его устойчивость и снизить водопритоки. К специальным относятся следующие основные способы: кессонный, инъектирование; замораживание пород; понижение уровня подземных вод с помощью скважин и водоотливных средств; закрепление пород по контуру горной выработки опускной или забивной крепью, предохраняющей забой от вывалов породы, снижающей приток воды в горную выработку и существенно улучшающей условия по выемке породы в забое и возведению постоянной крепи. Ведутся экспериментальные работы по сплавлению слабых водоносных пород электрическим током. При сооружении вертикальных стволов и наклонных выработок в плывунах применяется, как правило, замораживание пород по контуру горной выработки, а при проведении горизонтальных выработок — сплошное замораживание массива с поверхности либо проходка под сжатым воздухом (кессонный способ).

В водоносных породах возможно предварительное осушение и снижение водопритока путём откачки воды погружными или артезианскими насосами из скважин, пробуренных на водоносный горизонт с поверхности, а также через забойные фильтры, установленные в сооружаемой выработке.

Вертикальные горные выработки (шахтные стволы) сооружаются, как правило, с присутствием людей в забое; в промышленных масштабах ведутся (1975) экспериментальные работы по бурению шахтных стволов. При сооружении шахтных стволов применяют полокпроходческий, расположенный в 10—20 м от забоя, и временный подъём с сосудами в виде саморазгружающихся на поверхности бадей, который обеспечивает транспортную связь забоя с поверхностью (рис. 1). Крепкие и средней крепости горные породы разрушают буровзрывным способом, породы мягкие — механическим (с помощью отбойных молотков и пневмолопат).

В СССР большинство процессов по сооружению шахтных стволов механизировано. Шпуры глубиной до 5 м бурят с помощью дистанционно управляемых многошпиндельных бурильных установок, которые перемещаются по забою тельфером погрузочной машины. Для погрузки породы применяют погрузочные машины с механизированным вождением грейфера. Постоянная крепь большинства стволов — монолитный бетон, который подают с поверхности по трубам за передвигающуюся вслед за забоем металлическую опалубку. На базе породопогрузочных машин создано несколько типов проходческих комплексов, которые позволили максимально совместить основные процессы проходческого цикла и достичь рекордных показателей по скорости проходки и производительности труда. В 1969 на проходке ствола диаметром 6,2 м шахты 17—17-бис в Донецком угольном бассейне был установлен мировой рекорд скорости проходки — 401,3 м/мес.

Для сооружения стволов в слабых и средней крепости породах успешно применяют проходческие комбайны, которые позволяют механизировать процессы разрушения и выдачи породы из забоя ствола с одновременным возведением постоянной монолитной бетонной крепи. При сооружении стволов комбайнами в Карагандинском угольном бассейне достигнуты высокие показатели производительности труда (13,7 м³ готового ствола на выход проходчика) и скорости проходки (133 м/мес).

Горизонтальные и наклонные горные выработки проводят с применением буровзрывных работ или с использованием проходческих комбайнов. Выбор технологии и оборудования для проведения выработок зависит как от размеров их поперечных сечений, устанавливаемых в зависимости от назначения выработки, так и от крепости и устойчивости пород.

При проведении выработок буровзрывным способом для погрузки отбитой взрывом породы используют погрузочные машины или скреперные установки (рис. 2).

Для проходки горизонтальных и наклонных (до 35°) выработок в некрепких породах применяют проходческие комбайны, которые разрушают породу и грузят её в вагонетки или на конвейер (рис. 3). Комбайновый способ проведения выработок является более безопасным и эффективным, чем буровзрывной; при этом почти не нарушается целостность окружающих выработку пород. Вслед за подвиганием забоя в выработке устанавливают крепь, монтируют новые звенья рельсовых путей, конвейера, трубопроводы вентиляционные и противопожарного водоснабжения и др.

В СССР достигнуты следующие максимальные скорости П. г. в.: проходческими комбайнами 2000 м/мес, при буровзрывном способе 800 м/мес, при проведении выработок больших сечений в околоствольном дворе до 4700 м³/мес. Средние скорости П. г. в. значительно ниже. Это объясняется сложными горно-геологическими условиями конкретных объектов, необходимостью в ряде случаев (например, в транспортных тоннелях) при возведении крепления прекращать др. работы и т.п.

Подземные камеры обычно располагают в крепких, устойчивых породах. В зависимости от размеров поперечного сечения и устойчивости вмещающих пород камеры сооружают сплошным забоем или с разделением забоя на части с последовательной разработкой массива в каждой из них (рис. 4).

Постоянную крепь камер чаще выполняют из монолитного бетона или железобетона. Иногда применяют комбинированные крепи (например, свод закреплен монолитным железобетоном, стены — анкерной крепью и набрызг бетоном по металлической сетке).

Для обеспечения надёжности контакта крепи с окружающим массивом после её возведения оставшиеся пустоты между крепью и массивом горных пород заполняют инертным негорючим материалом или цементным раствором. В крепких, устойчивых породах тоннели сооружают буровзрывным способом с применением аналогичного оборудования и по той же технологии, что и при проведении выработок. В слабых и средней крепости породах можно сооружать тоннели с помощью щитов проходческих или комбайнов. При использовании механизированных проходческих щитов для сооружения тоннелей (рис. 5) в качестве постоянной крепи иногда применяют монолитно-прессованную крепь, которую получают путём прессования бетонной смеси давлением, создаваемым самим щитом или др. устройством. Прессованная монолитная бетонная обделка плотно прилегает к окружающим выработку породам, в связи с чем отпадает необходимость в нагнетании раствора за крепь.

В СССР совершенствование технологии и способов П. г. в. ведётся в направлении создания и внедрения проходческих комплексов, максимально механизирующих процессы проходки.

Для сооружения тоннелей большой протяжённости, в том числе в крепких породах, и больших сечений применяют специальные горнопроходческие комбайны или механизированные щитовые комплексы.

Лит.: Покровский Н. М., Проектирование комплексных выработок подземных сооружений, М., 1970; Мельников Л. Л., Сооружение выработок большого сечения в крепких породах, М., 1974.

Д. И. Малиованов.

Рис. 1. Схема проходки ствола механизированным комплексом: 1 — погрузочная машина; 2 — кабина машиниста; 3 — спаренный пневмотельфер; 4 — грейфер; 5 — передвижная опалубка; 6 — соморазгружающаяся бадья; 7 — бурильная установка; 8 — бетонораспределитель; 9 — двухэтажный подвесной полок.

Рис. 2. Проведение выроботок буровзрывным способом: 1 — буропогрузочная машина; 2 — перегружатель подвесной; 3 — маневровая тележка или электровоз.

Рис. 3. Проведение выроботок комбайновым комплексом: 1 — проходческий комбайн; 2 — боковые секции крепи; 3 — перекрытие над комбайном; 4 — кассета для металлической сетки; 5 — бурильная установка для возведения анкерного крепления; 6 — перегружатель ленточный передвижной; 7 — пылеулавливающая установка; 8 — насосная установка.

Рис. 5. Сооружение тоннелей щитовым комплексом: 1 — исполнительный орган; 2 — погрузочный орган; 3 — щит; 4 — блокоукладчик; 5 — передвижная платформа; 6 — перегружатель; 7 — блоковоз; 8 — вагонетки; 9 — блочная крепь.

Рис. 4. Схема сооружения камер и тоннелей уступным забоем: 1 — анкерное крепление; 2 — породопогрузочная машина; 3 — автомобиль-самосвал; 4 — автопогрузчик с рамой; 5 — вентиляционный трубопровод; 6 — сомоходная буровая установка; 7 — предохранительная металлическая сетка; 8 — бетонная крепь; 9 — буровой станок; 10 — подземный экскаватор; 11 — взрывные скважины; 12 — пандус.

Реферат

На тему: Проведение горных выработок

От студента группы 2РРМ

Харламова В.

Преподаватель: Белогородцев О.В.

Кировск 2010-2011