Что такое расстрел в шахте
Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах
Из известных способов закрепления концов расстрелов наибольшее распространение получил способ заделки их в лунки бетонированием. Условия работы узлов крепления расстрелов к крепи ствола чрезвычайно тяжелые.
Способы крепления расстрелов жесткой армировкой
Конец расстрела воспринимает и передает крепи комплекс статических и динамических нагрузок. Статические нагрузки складываются из собственной массы армировки и усилий, возникающих в системе «порода-крепь-армировка» в случае проявления горного давления. Динамические нагрузки вызываются движением подъемных сосудов и проявляются в виде ударных воздействий и вибраций.
Эксплуатация армировки ведется в условиях повышенных притоков воды и агрессивности среды. Вследствие этого, в местах заделки концов расстрелов в крепи ствола наблюдается активная коррозия металла и бетона. Неоднократно производившиеся обследования стволов показали, что нарушение заделки расстрелов в лунках является одним из наиболее часто встречающихся дефектов армировки (до 30%), приводящих к ее отказу. Одной из причин этого дефекта следует считать некачественную заделку концов расстрелов в крепи ствола, связанную с технологией ведения работ.
Удельный вес факторов, определяющих отказы армировки
Причины расшатывания расстрелов
%, к общему числу отказов
Некачественная заделка лунок
Длительное действие нагрузки
Давление боковых пород
Недостаточная глубина заделки
Коррозия расстрелов в заделке
Нетрадиционный подход в совершенствовании армировки стволов связан с применением способов крепления расстрелов на анкерах (И.В. Доржинкевич, Ю.Н. Ермаков, Е.М. Маргулис, Ф.И. Ягодкин, Ю.Б. Пильч и др.), обеспечивающих повышение производительности, экономию средств, высоконадежное соединение армировки с крепью ствола, соблюдение сплошности крепи, возможность регулирования зазоров при установке и эксплуатации армировки, замену расстрелов без остановки стволов.
В стволе №1 рудника «Дорнфонтейн», диаметром в свету 7,33 м, два крайних расстрела крепились четырьмя анкерами к бетонной крепи.
В ФРГ накоплен более чем 15-летний опыт применения крепления консолей и расстрелов анкерами. Фирмой «Дайльман-Ханиель» применяются анкеры-консоли, выполненные из одной или двух эмалированных труб.
Крепление расстрелов
а – анкеры-консоли из эмалированных труб; 1 – расстрел; 2 – анкер из эмалированной трубы; 3 – шпур; 4 – крепь ствола; 5 – консоль; 6 – пазы для регулирования.
б – консоли для крепления расстрелов; 1 – узел крепления проводника; 2 – консоль; 3 – коробчатый проводник; 4 – крепь ствола; 5 – анкер.
Эмалевое покрытие повышает износостойкость и долговечность армировки. Другими фирмами используются для крепления расстрелов консоли, закрепляемые анкерами. Специалисты высказывают мнение, что при выборе конструкции главное состоит не только в экономии средств, но и в получении высоконадежного соединения между консолью и элементом армировки, обеспечивающего возможность регулирования в горизонтальной плоскости в пределах 100-120 мм.
В Чехословакии на шахтах «Острава» и «Хандлова» для закрепления консолей применены анкеры различного типа и длины. Чаще всего они клинового типа с заполнением шпура цементным раствором. Разработана целая серия типов консолей, которые закрепляются двумя или четырьмя анкерами. В Венгрии на горнодобывающих предприятиях находятся в эксплуатации более десяти глубоких стволов, оборудованных жесткой армировкой с креплением расстрелов анкерами.
Армировка с креплением анкерами
а –клетевого ствола; б – скипового ствола
В Польской республике широко распространен способ закрепления элементов армировки в шахтных стволах с помощью анкеров. Крепление осуществляется с помощью анкеров из арматурной стали диаметром 30 мм, закрепленных полиэфирными смолами. Такие анкеры обладают сплошным защемлением на глубину заделки и имеют несущую способность 10 кН на 1 см длины стержня или 200-300 кН на анкер. Усиление защемления анкера через 10-20 мин. достигает 100 кН и 200 кН через 30 минут. Такая технология армирования стволов, по сравнению с традиционной, почти вдвое сокращает продолжительность работ. Выполненное в 1979-1980 годах обследование 20 стволов 13 шахт показало высокую надежность армировки. Нарушений армировки и аварий, связанных со способом закрепления расстрелов, выявлено не было.
Крепление деревянных расстрелов анкерами
а – шахта №2 Старо-Берикульского рудоуправления; б – Дарасунский рудник
В бывшем СССР крепление элементов армировки анкерами впервые было применено в горнорудной промышленности. На участке ствола №2 шахты Старо-Берикульского рудоуправления, пройденного овальным сечением по крепким мелкозернистым порфиритам, крепление деревянных расстрелов к стенкам ствола было осуществлено с помощью металлических анкеров. На двух стволах Дарасунского рудника, пройденных в крепких породах без крепления, деревянные расстрелы крепились с помощью клино-щелевых анкеров. На Рахмановском руднике в Кривбассе было осуществлено крепление расстрелов к крепи ствола распорными анкерами, закрепляемыми цементным раствором. На концах расстрелов устанавливались специальные башмаки с жесткой опорной плитой, которую выдвигали до упора с бетонной стенкой ствола. Предварительно ярус армировки сболчивался, выверялась правильность его установки. Затем через отверстия в плитах башмаков бурились наклонные шпуры диаметром 55 мм, глубиной 0,5- 1,2 м, которые вставлялись и закреплялись анкеры, К установленным анкерам гайками крепились плиты опорных башмаков. Пространство между плитами и стенкой ствола бетонировалось.
На Высоко горском руднике в стволе №11, пройденном в известняках с диаметром в свету 3м и закрепленном набрызг-бетоном, расстрелы закреплены также анкерами. При армировании углубляемого ствола шахты «Капитальная» Гомешевского рудоуправления институтом «УНИПромедь» предусмотрено крепление расстрелов с помощью специальных выдвижных консолей, прикрепленных штангами к породным стенкам ствола. Консоли представляют собой сварные гнутые конструкции из отрезков швеллеров.
На Высокогорском руднике в стволе №11, пройденном в известняках с диаметром в свету 5м и закрепленном набрызг-бетоном, расстрелы закреплены также анкерами. Установка расстрелов осуществлялась в последовательности: на три анкера устанавливали плиту с приваренным к ней уголком, с помощью клиновых подкладок ей придавалось нужное положение; на нижний уголок устанавливали расстрел; приваривали верхний уголок и заполняли раствором пространство между стенкой ствола и плитой.
Крепление расстрела анкерами в стволе
Для армирования углубляемого ствола шахты «Капитальная» Гумешевского рудоуправления УНИПромедь был разработан проект крепления расстрелов с помощью выдвижных консолей, прикрепленных штангами к породным стенкам ствола. Консоли представляют собой сварные гнутые конструкции из отрезков швеллеров
ВостНИГРИ для крепления элементов армировки к неровным стенкам ствола разработаны узлы крепления расстрелов к породным стенкам ствола при их отклонении ±10 см и конструкция кронштейна, используемого вместо расстрела, если проводник отстоит от стенки ствола на расстоянии не более 1 м. При их разработке учтено требование равнопрочности по сравнению с заделкой расстрелов в лунки.
Технико-экономическими исследованиями различных способов крепления расстрелов на основе хронометражных данных установлено, что даже при сравнительно несовершенной технологии применявшихся способов элементов армировки анкерами они не более трудоемки, чем обычные.
Выполненными ВостНИГРИ технико-экономическими исследованиями различных способов крепления расстрелов на основе хронометражных данных было установлено, что даже при сравнительно несовершенной технологии применявшихся способов элементов армировки анкерами, они не более трудоемки, чем обычные. Большая работа по созданию надежных узлов крепления армировки анкерами для современных крупных подъемных установок проделана Криворожским горнорудным институтом. В основу их положена новая конструкция распорной штанги, обеспечивающая надежное закрепление расстрелов к стенкам ствола.
Выполненные расчеты и экспериментальные исследования показали, что узлы крепления расстрелов на штангах этого типа обеспечивают надежное закрепление расстрелов без смещения в процессе эксплуатации в породе и бетоне, а также дают возможность осуществить монтаж конструкций с требуемой точностью. Стендовые испытания узлов крепления расстрелов подтвердили высокую их работоспособность под вибронагрузкой, эквивалентной 25 годам службы армировки в условиях работающей подъемной установки. Такой узел крепления расстрелов содержит специальные кронштейны регулируемой конструкции для точной центровки расстрелов в пределах допускаемых отклонений и комплект штанг типа УШС.
Установка расстрелов осуществляется в такой последовательности с двухэтажного полка: с нижнего этажа подвесного полка с помощью шаблона производится разметка и бурение шпуров под штанги; устанавливаются и раскрепляются распорные штанги; устанавливаются и временно закрепляются опорные башмаки расстрелов; одновременно с верхнего подвесного полка устанавливаются расстрелы армировки, производится центрирование опорных башмаков и расстрельных балок и их закрепление. С целью определения экономической эффективности рассмотренного способа крепления расстрелов КГРИ было выполнено технико-экономическое сравнение в следующих вариантах:
— в лунках (разделка вручную);
— в лунках (пробуренных машиной СБЛ-1); на штангах УШС.
Расчеты производились применительно к скиповому стволу диаметром 7 м, оборудованному четырьмя скипами грузоподъемностью 50 т. Расстрелы армировки из коробчатого профиля 216×318 мм.
Известные способы крепления расстрелов анкерами могут быть обобщены приведенными ниже вариантами.
Способы крепления расстрелов жесткой армировкой
Вариант 1 предусматривает следующую технологию армирования. Ярус армировки собирают на верхнем этаже полка и закрепляют с помощью регулируемых болтовых соединений или электросварки и опорным кронштейнам, предварительно прикрепленным к стенка ствола анкерами с нижнего ряда полка. Опорные кронштейны выполняют сварными или литыми. Такая технология монтажа обеспечивает возможность смещения расстрела при монтаже в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также радиально. К недостаткам этого решения следует отнести дополнительные капитальные и трудовые затраты на изготовление и установку кронштейнов в стволе и монтаж расстрелов.
По варианту 2 опорные кронштейны образуют анкеры, выполненные из толстостенных труб. Все остальные процессы аналогично варианту 1. Вариант 3 предполагает, что расстрелы армировки изготавливают для каждого яруса индивидуально с учетом фактического отклонения крепи ствола от проектного. К торцам расстрелов приваривают опорные плиты с отверстиями для установки анкеров. В случае образования свободного пространства между опорной плитой и крепы ствола оно заливается бетоном. Недостатком этого варианта является необходимость индивидуального изготовления расстрелов для каждого яруса, а также недостаточная надежность армировки, так как бетон, уложенный между плитой и крепью ствола, в период эксплуатации разрушается. По варианту 4 концы расстрелов имеют раздвижные устройства, регулирующие их длину в зависимости от положения стенки ствола. Опорные плиты прижимаются к стенкам ствола анкерами. Такая конструкция расстрела осложняет его изготовление и снижает эксплуатационные качества армировки.
Узел крепления расстрела
Благодаря этому, исключается применение промежуточных консолей и дополнительных болтовых соединений для закрепления к ним расстрелов. Эта технология прошла проверку на ряде шахт горнодобывающей промышленности Украины и стран СНГ.
Современный уровень научных и инженерно-технических знаний об армировании вертикальных стволов и передовой практический опыт технологии армирования накоплен в результате работ, исследований и внедрений, проведенных крупными отечественными учеными и инженерами. Значительный вклад в исследование процессов взаимодействия движущихся подъемных сосудов с жесткой армировкой, а также расчет и проектирование ее конструкций, внесен И.В. Баклашовым, Н.Г. Гаркушей, В.И. Дворниковым, О.А. Залесовым, А.А. Храмовым и другими учеными, труды которых явились научно-методической основой создания методики расчета жестких армировок вертикальных стволов. Эта методика прошла широкую промышленную проверку и положена в основу разработки типовых материалов. В указанных выше работах и нормативных материалах рассматривалась жесткая армировка с креплением концов расстрелов бетонированием в лунках крепи ствола.
Проблемы крепления расстрелов на анкерах оставались неизученными. Вопросы крепления расстрелов армировки на анкерах, включая методические основы расчета и технологии монтажа, глубоко изучены в работах И. Б. Доржинкевича, Ю. Н. Ермакова, Е.Б. Петренко, А.В. Самонина, А.Ю. Прокопов, С.Г. Страданченко, М.С. Плешко и др. На базе этих исследований разработано руководство по проектированию вертикальных стволов шахт с коробчатыми проводниками.
Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод, что конструктивно узлы крепления расстрелов армировки анкерами могут быть разделены на две группы:
опорные плиты, приваренные к концам расстрелов, крепятся анкерами непосредственно к стенкам ствола. Длина расстрелов регулируется специальными устройствами или принимается постоянной с минусовым допуском. При этом расстояние между опорной плитой расстрела и крепью может изменяться от 0 до некоторой величины Δ;
концы расстрелов закрепляются с помощью регулируемых болтовых соединений к опорным кронштейнам, предварительно прикрепленным анкерами к стенкам ствола.
Определение величин регилирования консоли
Для крепления элементов армировки к стенкам ствола применяются следующие типы анкеров: закрепляемые быстротвердеющими органическими и неорганическими вяжущими, клинораспорные.
Наиболее эффективными являются анкеры, закрепляемые быстротвердеющими вяжущими, обладающими стабильным качеством крепления, долговечностью, высокими прочностными характеристиками. В качестве вяжущих применяют смеси из расширяющихся цементов, металлургических шлаков и ускорителей схватывания (неорганические вяжущие), а также смол (органические вяжущие).
Анкеры изготавливают из толстостенных труб ГОСТ 8734-75 или из стали арматурной периодического профиля классов A-II и A-III ГОСТ 5781-82.
Анкеры для крепления элементов армировки
а – трубчатый; б – из периодического профиля; в – из периодического профиля с жестким зацеплением
Клинораспорные анкеры для крепления расстрелов применяют двух типов: трубчатые и универсальные штанги стволовые конструкции Криворожского горнорудного института УШС.
Анкер трубчатый клинораспорный
Анкеры трубчатые клинораспорные изготавливают из толстостенных труб ГОСТ 8734-75 и закрепляют в шпурах, пробуренных, как правило, в крепи ствола или прочных породах.
Штанга клинораспорная типа УШС выполнена в виде стержня диаметром 30 мм, ступенчатого клина, опорной шайбы и гайки. Головка стержня представляет собой многоступенчатый клин с различной длиной ступеней. На противоположной стороне стержня имеется резьба. Длина наклонных площадок клина соответствует клиновым площадкам стержня. Поверхность клина, контактирующая со стенкой шпура, может быть ребристой или гладкой.
Металлическая штанга типа УШС
При установке штангу вводят в собранном виде в шпур. На необходимой глубине клин установочной планкой подвигают до контакта со стенками шпура. Штангу можно раскреплять с помощью гайковерта или специального установочного гидродомкрата. Извлекая штангу, стержень подают вглубь шпура, при этом распорный клин выходит из контакта со стенками шпура и занимает исходное положение в головке стержня. Извлеченная штанга может быть использована повторно.
Различная длина ступеней клина и стержня штанги, а также ограничение длины первых ступеней клиньев до 2, 5-3 диаметров штанги позволяют перераспределить усилия в головке стержня по всей длине клиньев и тем самым повысить грузонесущую способность штанги до (10-12)-10 4 Н.
Проведенные теоретические расчеты и производственные испытания показали, что узлы крепления расстрелов на штангах обеспечивают надежное закрепление их в породах различной крепости и в бетоне. Расстрелы, закрепленные на штангах, имеют повышенную в 1,4 раза жесткость (по сравнению закреплением расстрелов в лунках) и позволяют монтировать.
Армирование вертикальных стволов шахт
6.1. Общие сведения
Армировка стволов предназначена для обеспечения направленного движения подъемных сосудов при заданных режимах работы подъемных установок. К армировке относят также лестничные отделения для аварийного выхода люден из ствола и опорные конструкции для труб и кабелей различного назначения.
На практике применяют два типа армировки: с жесткими и канатными проводниками. Выбор типа армировки производят на базе анализа горнотехнических условий и технико-экономического сравнения вариантов армировки с жесткими и канатными проводниками с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов.
Конструкция армировки должна обеспечивать надежную и безопасную работу подъемных установок на весь срок службы, минимальный расход металла и наименьшее аэродинамическое сопротивление ствола. Элементы армировки и узлы их соединения должны быть максимально унифицированными в целях обеспечения возможности централизованного поточного изготовления и крупноблочного монтажа с минимальными трудовыми затратами.
При проектировании армировки учитывают условия эксплуатации ее элементов и стволов, включая навеску и смену подъемных сосудов, канатов, коммуникаций, осмотр и ремонт ствола и его оборудования.
Основными факторами, влияющими на выбор конструкции и схемы армировки, являются тип подъемных сосудов и параметры работы подъемных установок.
В горнодобывающей промышленности в качестве стандартизированных подъемных сосудов применяют скипы для выдачи полезного ископаемого и породы и клети для спуска-подъема людей, материалов, оборудования, а также выдачи породы и полезного ископаемого в вагонетках. Характеристики сечений и армировки клетевых и скиповых стволов и подъемов приведены в табл. 6.1 и 6.2.
Типажные скипы могут быть выполнены с неподвижным кузовом, секторным затвором и двусторонним боковым расположением направляющих устройств или неопрокидными, одноэтажными и двухэтажными с односторонним и двусторонним боковым, а также лобовым расположением проводников. Основные показатели сечений и армировки стволов приведены в табл. 6.3.
Сосуды предусмотрены для одноканатных и многоканатных подъемных установок.
Стандарты на подъемные сосуды для угольной и рудной промышленности имеют отличия в связи с разными величинами веса горной массы и применяемыми типами вагонеток. Противовесы не типизированы. При их конструировании используют отдельные узлы унифицированных подъемных сосудов, включая направляющие устройства, подвесные устройства и др.
6.2. Схемы армировки с жесткими проводниками
Конструктивно жесткая армнровка представляет собой стержневую систему, состоящую из горизонтальных балок (расстрелов) и закрепленных на них вертикальных направляющих (проводников) для подъемных сосудов и противовесов.
Расстрелы, лежащие в одной горизонтальной плоскости и соединенные между собой и с крепью ствола, образуют ярус армировки. Плоскости яруса отстоят друг от друга но вертикали на определенном расстоянии, называемом шагом армировки. Шаг армировки принимают для деревянных проводников от 2 до 4 м; рельсовых — 3,126; 4,168 и 6,252 м; коробчатых от 3 до 6 м. Увеличенный шаг армировки применяют при высокой жесткости несущих расстрелов и проводников.
В случае размещения в одном стволе нескольких подъемных установок, если армировка представляет собой одну конструкцию, шаг армировки определяют его минимальным значением для одной из установок. Пели они конструктивно не объединяются, то их шаги могут быть различными.
Проводники состоят из отдельных звеньев: рельсовые — длиной 12,5 м, коробчатые — 12 м. Звенья соединяются между собой чаще всего на ярусах.
Проводники, расположенные по обе стороны расстрела и скрепляемые на ярусе общим узлом, называют парными.
Конструктивная схема армировки определяется расположением проводников и расстрелов в пределах яруса и размещением ярусов по глубине ствола. Схему армировки выбирают с учетом параметров подъема (грузоподъемности, скорости движения, высоты подъема), числа подъемных сосудов и их размеров в плане, взаимного расположения проводников и подъемных сосудов, горно-геологических условий заложения ствола, отрабатываемых горизонтов и др. (рис. 6.1, схемы а—д).
Одностороннее расположение двух рельсовых проводников целесообразно применять при ожидаемых поперечных смещениях. наклонах и искривлениях ствола, при малонарушенных клетевых подъемах со скоростью движения до 10 м/с.
Допускается использовать лобовые проводники при двух и более рабочих горизонтах при условии применения на промежуточных горизонтах специальных устройств, обеспечивающих проход клети без снижения скорости.
В скиповых стволах применяют, как правило, двустороннее расположение проводников. Допускается и одностороннее расположение двух рельсовых проводников, особенно при реконструкции действующих подъемов без длительной остановки ствола.
При проектировании армировки ствола зазоры в стволе между подъемными сосудами, расстрелами армировки и крепью принимают в соответствии с требованиями «Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах» и «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом» с учетом возможного искривления ствола, допустимого радиального отклонения крепи ствола, общего отклонения осей армировки и ствола от проектного положения и допустимого отклонения яруса армировки. При этом минимальный проектный зазор между габаритами подъемных сосудов и крепью стволов, сооружаемых в непод-работанном массиве, рекомендуется принимать равным 250 мм при глубине ствола до 800 м и 300 мм — при большей глубине. Для стволов, пройденных в подработанном массиве, эти значения увеличивают на величину ожидаемых искривлений ствола согласно «Методическим указаниям по расчету ожидаемых искривлений вертикальных шахтных стволов» разработанным ВНИМИ.
Схемы армировки стволов должны обеспечивать нормальные условия для размещения подъемных машин, направляющих копровых шкивов, загрузочных и разгрузочных устройств, агрегатов для обмена вагонеток и другого сопрягаемого оборудования в надшахтном здании, в подземных выработках и в стволе.
6.3. Конструкции элементов и узлов
Материалы и профили элементов армировки. Для изготовления элементов армировки используют следующие материалы: сталь (для проводников и расстрелов) и дерево (в основном для проводников). Сталь применяют в виде тонкостенных профилей (двутавровые балки, швеллеры, угловая сталь, замкнутые профили — коробчатые и эллиптические), изготавливаемые прокатом или сваркой.
Расстрелы, проводники и другие несущие элементы армировки изготавливают: при отсутствии агрессивной среды — из углеродистой спокойной или полуспокойной стали обыкновенного качества марок 09Г2С1, 10Г2С1, 10ХСНД или 15ХСНД и других, обладающих повышенными механическими свойствами и коррозийной стойкостью.
Неответственные элементы армировки изготавливают из стали марок ВСт3 кп2, ВСт3 пс 2. Для деревянных элементов армировки применяют твердые породы древесины (сплошные или клееные).
Наиболее перспективными для расстрелов являются прямоугольные замкнутые профили, изготавливаемые профилированием и сваркой. Для наиболее частого применения следует рекомендовать сварные профили из угловой равнополочной стали сечением 160X160X11, 200X200X14 мм. При малых скоростях подъема и концевых нагрузках предпочтительно применять для расстрелов двутавровые балки 24М по ГОСТ 19425—74*, 30М и 36М по ТУ 14-2-427—80, а проводников — железнодорожные рельсы Р43, Р50 и Р65.
Толщину стенок профилей стального проката для расстрелов принимают равной не менее 8 мм.
Перспективные профили проводников — горячекатаные бесшовные комбинированные трубы, а также открытые гнутые, замкнутые гнутосварные профили, изготавливаемые профилированием из листовой стали.
Прямоугольные замкнутые профили расстрелов имеют наилучшие аэродинамические показатели при отношении высоты к ширине, равном 2,2—3,0.
Для расстрелов допускают использование трубобетонных элементов, представляющих собой стальные трубы с толщиной стенок 4—6 мм, заполненные бетоном.
Расстрелы. Продольные оси расстрельных балок яруса располагают в одной горизонтальной плоскости. В случае различной высоты профилей расстрелов допускается размещение в одной плоскости их верхних и нижних граней. Конструкции соединений расстрелов между собой и крепление проводников к расстрелам должны обеспечивать минимальное ослабление сечений несущих элементов, возможность быстрого монтажа, демонтажа, податливость на случай деформации крепи ствола и возможность регулирования их положения в горизонтальной плоскости.
При изготовлении коробчатых расстрелов допускают сваривание встык их составных элементов (из угловой стали, швеллеров) при условии, что каждый из них не будет иметь более одного стыка при расстоянии между стыками смежных элементов не менее 2 м и расположении их в местах, доступных для визуального осмотра.
Двутавровые, коробчатые или трубчатые расстрелы соединяют между собой с помощью элементов из угловой стали или специальных накладок в зависимости от параметров подъема, схемы армировки, наличия свободного места в стволе с учетом соблюдения требуемых зазоров. Устанавливать один на один («костром»), а также несимметрично крепить концы расстрелов к опорным элементам не рекомендуется.
Расстрелы, имеющие длину, превышающую диаметр ствола, или требующие для заводки их концов в крепь ствола значительного увеличения габаритов лунок, выполняют разъемными с регулируемыми или нерегулируемыми стыками.
Соосный нерегулируемый стык коробчатых и двутавровых расстрелов рекомендуется выполнять фланцевым с центрируемой разгрузкой болтов (рис. 6.2, а, б).
Стыковать двутавровые расстрелы можно также с помощью швеллерных, листовых или специальных корытных профилей и группы болтов (рис. 6.2, в).
Соосный регулируемый стык применяют в случае возможного искривления оси ствола или горизонтальной деформации крепи (рис. 6.2, г, д, е).
Расстрелы консольного типа (одинарные или П-образные) применяют вместо обычных хордовых расстрелов, если угол между осью последних и нормалью к крепи ствола в месте заделки превышает 50°. При этом для консольных одинарных расстрелов расстояние от крепи ствола до опорной плоскости проводника должно быть не более 500 мм, а для П-образных — не более 700 мм.
Глубина лунки должна превышать длину заделки расстрела не менее чем на 100 мм. При толщине крепи ствола менее расчетной глубины заделки расстрела бетонирование лунок должно обеспечивать надежное опирание на крепь ствола и прилегающие породы.
Приварные зацепы на концах расстрельных балок следует устанавливать только с одной стороны.
При тюбинговой крепи расстрелы закрепляют на опорных плитах, которые крепят к горизонтальным ребрам жесткости тюбинга не менее тремя болтами М30 или М36. Диаметры крепежных болтов принимают согласно расчетным данным. Опорные плиты изготавливают из листовой стали толщиной не менее 20 мм.
Проводники. Каждое звено проводников крепят на расстрелах не менее чем в трех точках. Конструкция крепления проводника должна обеспечивать фиксацию ее на каждом ярусе от смещения вдоль расстрела и проскальзывания в вертикальной плоскости, а также обеспечивать передачу нагрузок на расстрелы во всех направлениях.
Стыки проводников располагают на ярусах. При реконструкции действующих стволов допускается расположение стыка проводника между ярусами (рис. 6.3 и 6.4).
Стыки парных проводников, а также проводников, предназначенных для направления движения одного сосуда, не должны находиться в плоскости одного яруса.
При монтаже металлических проводников следует учитывать, что максимальный зазор в стыке звеньев при наименьшей температуре в стволе не должен превышать 6 мм. В период эксплуатации при максимальной температуре в стволе этот зазор должен быть не менее 1 мм.
Для фиксации рельсового проводника относительно расстрела к последнему сверху и снизу приваривают накладки из листа толщиной не менее 12 мм, в которых имеются выемки («лежки») для размещения подошвы рельса. Первоначальный суммарный зазор между боковой гранью лежки и подошвой рельса не должен превышать 4 мм.
Концы звеньев рельсовых проводников на ярусе необходимо соединять с помощью стыковых схватов, которые размещаются в пространстве между стенкой и полками расстрельной балки и скрепляют концы рельсов за подошву.
При применении коробчатых расстрелов звенья парных проводников или одинарного проводника, установленного в паре со сплошным ложным, стыкуют с помощью трех зажимных скоб типа Бриара: двух — над расстрелом и одной под ним. При применении коробчатых расстрелов и одинарных рельсовых проводников допускают применение стыкового схвата, который размещают в ложном расстреле двутаврового профиля и закрепляют сверху или снизу к основному расстрелу с помощью сварки или болтов.
Крепление коробчатых проводников на расстрелах выполняют с помощью специальных Т-образных болтов, вставляемых в паз вдоль проводника, или крепежных планок со стандартными болтами к угольникам, приваренным к нижней и верхней горизонтальным плоскостям расстрелов.
Коробчатые проводники друг с другом соединяют с помощью направляющих планок, приваренных внутри одного из стыкуемых проводников и предотвращающих взаимное смещение рабочих поверхностей сопрягаемых звеньев.
В случае применения лобовых проводников на конечных участках ствола и на промежуточных горизонтах предусматривают устройства, обеспечивающие загрузку — выгрузку сосудов путем удаления (отвода) отрезков рабочих проводников на приемных площадках или системы вспомогательных (переходных) проводников, устанавливаемых на участке разрыва рабочих проводников.
На основных болтовых соединениях проводника с расстрелами устанавливают гайку и контргайку. На остальных болтовых соединениях элементов армировки допускается применение одной гайки при условии выполнения мероприятий по предотвращению ее самораскручивания.
Лестничные отделения. Лестничные полки вспомогательных стволов сделаны цельносварными из рифленого листа, и угольников, с одной стороны заделанных в крепь, а с другой — опертых на расстрел.
Панели ограждения полков также цельносварные в виде рамки из угольников и полос или прутьев, образующих сетку.
Для обеспечения возможности выхода людей из застрявшей клети в отсек лестничного отделения в панелях ограждения, расположенных со стороны клети, предусмотрены проемы с задвижками для их закрывания. В ряде случаев полки расположены консольно и выполнены блочной конструкции заодно, с ограждением. Крепление блоков к крепи — анкерное.
6.4. Производство работ по монтажу армировки с жесткими проводниками
В состав работ по армированию вертикальных стволов входят: установка расстрелов, навеска проводников и тормозных (парашютных) канатов, монтаж лестничных отделений, несущих конструкций, трубопроводов, испытание смонтированной системы армировки под нагрузкой.
Перед армированием ствола составляют маркшейдерский проект расположения армировочных отвесов и закрепления их точек на первом контрольном ярусе армировки.
Армирование стволов может производиться как после окончания проходки и крепления ствола (последовательно), так и одновременно с ними (параллельно).
В отечественной практике шахтного строительства армирование стволов производят, в основном, после окончания их проходки.
Армирование ствола после его проходки производят при получении сбойки на нижнем горизонте с горными выработками шахты или вторым стволом. В случае невозможности получения сбойки необходимо на период армирования предусмотреть в стволе водоотлив и вентиляцию его нижней части.
Армирование ствола после его проходки и крепления выполняют по одной из следующих технологических схем, отличающихся порядком установки расстрелов и навески проводников: последовательной, параллельной или совмещенной (в направлении сверху вниз или снизу вверх).
Последовательная схема армирования заключается в том, что сначала в направлении сверху вниз производят работы по установке расстрелов, устройству лестничного отделения и креплению кронштейнов для навески кабелей по всему стволу с подвесного армировочного и проходческого полка, а затем полок разбирают и выдают на поверхность, после чего навешивают люльки, с которых осуществляют навеску проводников в направлении снизу вверх. Последовательная схема армирования отличается простотой производства работ. К недостаткам схемы следует отнести большие затраты времени на подготовку ствола к армированию — демонтаж всего проходческого оборудования, металлоконструкций, переоборудование подвесного проходческого полка, подшкивной и нулевой площадок, а также дополнительные работы, связанные с навеской проводников. На производство подготовительных работ иногда уходит 2—3 мес., что составляет до 10—15 % продолжительности сооружения стволов.
Средняя скорость армирования ствола по последовательной схеме не превышает 300—350 м/мес, хотя в отдельных случаях (при скоростном армировании стволов) за смену устанавливали до 10 ярусов расстрелов.
Параллельная схема армирования заключается в том, что установку расстрелов и навеску проводников производят одновременно в направлении сверху вниз или снизу вверх. Расстрелы устанавливают с подвесного полка, а навеску проводников — с подвесных люлек, которые перемешаются вслед за полком.
При армировании стволов в направлении снизу вверх установку расстрелов производят с нижнего этажа подвесного полка специальной конструкции, предусматривающей возможность-пропуска расстрелов при подъеме его на уровень следующего вышележащего яруса. Проводники навешивают с расположенных под полком армировочных люлек с отставанием от него на один-два яруса. Лунки разделывают с верхнего этажа или формируют при возведении постоянной крепи ствола.
Преимуществом параллельной схемы является сокращение-продолжительности подготовительно-переходных периодов, так. как не требуется двойного переоборудования ствола и подшкивной площадки.
Параллельная схема армирования в направлении снизу вверх из-за большой сложности выполнения работ не получила большого распространения.
При армировании стволов по совмещенной схеме установку расстрелов и навеску проводников производят одновременно с подвесного полка в направлении сверху вниз. Лунки разделывают с нижнего этажа полка, а устанавливают расстрелы. оборудуют лестничное отделение и навешивают проводники — с верхнего этажа. При этом бадьи могут двигаться по-жестким проводникам.
При совмещенной схеме армирования работы могут осуществляться и в направлении снизу вверх при использовании многоэтажного подвесного полка с приставными и выдвижными площадками или с подвесного полка и армировочных люлек. В этом случае с верхнего этажа полка разделывают лунки под расстрелы, демонтируют проходческое оборудование, сс второго этажа устанавливают расстрелы, а с остальных — навешивают проводники. Армирование по этой схеме целесообразно производить при минимальном числе расстрелов в ярусе.
Совмещенная схема армирования стволов с подвесного полка без люлек в настоящее время является наиболее распространенной. Все работы по армированию ствола выполняют при этом с подвесного армировочного полка в направлении сверху вниз. С нижнего этажа производят разделку лунок, а с верхнего этажа полка устанавливают расстрелы, устраивают лестничное отделение и навешивают проводники. При этом навеска проводников несколько опережает установку расстрелов (по этой схеме возможно совмещение работ от 30 до 50%).
Схема проходки стволов с одновременным их армированием заключается в том, что в процессе выемки породы и возведения постоянной крепи ведут одновременно работы по установке расстрелов и навеске проводников. При этой схеме временные трубопроводы крепят к расстрелам армировки, а проходческие бадьи перемещаются по жестким направляющим (постоянным проводникам).
Схема армирования ствола с одновременной его проходкой имеет ряд преимуществ, которые заключаются в использовании постоянных копров и подъемных машин, сокращении числа проходческих лебедок и канатов, уменьшении количества временных зданий и сооружений, сокращении продолжительности переходного периода от строительства ствола к проведению горизонтальных горных выработок.
До начала работ по армированию стволов, пройденных способом замораживания, породы вокруг ствола должны быть оттаяны и проведены вес гидроизоляционные работы, предусмотренные проектом производства работ.
Установка расстрелов. Армирование ствола начинают с контрольного яруса, устанавливать который следует в соответствии с «Технической инструкцией по производству маркшейдерских работ».
Лунки для расстрелов ниже контрольного яруса размечают с помощью отвесов и шаблон-отвесов. Разделку лунок производят специальными бурильными машинами, а в исключительных случаях — отбойными молотками. При этом на этажах полка зазоры между полком и крепью перекрывают, а после окончания разделки отбитый материал выдают на поверхность.
При монтаже яруса армировки в первую очередь устанавливают центральные расстрелы, затем боковые. Расстрелы лестничного отделения устанавливают последними.
Условия горизонтальности расстрелов при закреплении их в лунках выполняют с помощью специальных металлических подкладок, укладываемых в лунках под полку расстрела. Перед бетонированием лунок расстрелы расклинивают металлическими или дубовыми клиньями по верхней полке.
Для центровки яруса расстрелов с целью обеспечения проектного положения применяют специальные инструменты, приспособления, измерительные приборы и шаблоны. Конструкция шаблонов должна позволять перемещать ярусы с помощью домкратов в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Заделывают лунки после сборки, расклинивания и проверки правильности установки всех расстрелов яруса бетоном класса по прочности, соответствующего крепи ствола, но не менее В15. Одновременно с установкой расстрелов монтируют посадочные балки, балки под опорные стулья, опорные колена, заделывают в крепь ствола кронштейны для навески кабелей и труб, навешивают блоки лестничных отделений, а также выполняют другие монтажные работы, которые могут быть безопасно выполнены одновременно с установкой расстрелов.
В стволах, закрепленных чугунными тюбингами, расстрелы прикрепляются к косынкам, которые крепят к тюбингам болтами. Размечать и сверлить отверстия в тюбингах под болты в полках тюбингов следует по отверстиям в косынках после проверки правильности установки расстрелов.
При креплении расстрелов анкерами к стенкам ствола ярус армировки собирают на монтажном шаблоне, подвешенном к вышележащему ярусу или установленном на полке.
После установки яруса армировки в проектное положение-шаблон распирают в стенки ствола горизонтальными домкратами.
Через отверстия в опорных плитах расстрелов бурят шпуры для закрепления анкеров. Соосность шпуров и отверстий в плитах достигается применением центрирующих устройств. Затягивать болты необходимо с осевым усилием, определенным проектом.
Для создания температурного зазора между торцами проводников применяют прокладки, которые после закрепления проводников к расстрелам снимают. Стыки проводников располагают, как правило, по середине высоты боковой поверхности расстрела. Смещение стыков проводников от середины высоты боковой поверхности расстрела не должно превышать ±50 мм. При этом проводники навешивают с разбежкой по ярусам.
Консольную, крупноблочную и безрасстрельную армировку следует монтировать на длину проводника с доставкой к месту монтажа прицепным устройством каната подъемной установки или специальной лебедкой. С подвесного полка бурят шпуры под анкеры и закрепляют блоки армировки в крепь ствола.
Монтаж трубопроводов и кабелей. Монтаж трубопроводов осуществляют плетями на фланцевых или сварных соединениях. Длина плетей, как правило, должна соответствовать расстоянию между сальниковыми компенсаторами.
По окончании всех работ по армированию стволов, включая монтаж трубопроводов, силовых кабелей, сигнализации и других технологических коммуникаций, все стволовое оборудование и проходческие коммуникации, не требующиеся для работ второго периода строительства шахты, должны быть демонтированы и выданы из ствола.
6.5. Армировка с канатными проводниками
Канатную армировку применяют в главных, вспомогательных и вентиляционных стволах, оборудованных скиповыми и клетевыми подъемными установками, служащими для выдачи полезного ископаемого, породы, спуска — подъема людей, материалов и оборудования.
К основным конструктивным элементам комплекса армировки вертикального ствола (рис. 6.5) относятся: канатные проводники, отбойные канаты, устройства для закрепления канатных проводников и отбойных канатов, натяжные устройства для подъемных сосудов, фиксирующие устройства для подъемных сосудов на промежуточных горизонтах, приемных площадках и разгрузочных кривых. Кроме указанных элементов в стволах размещают лестничные отделения, трубопроводы и кабели различного назначения.
Диаметр ствола в свету определяют путем графического построения с учетом размещения подъемных сосудов, противовесов, армировки, лестничного отделения, труб, кабелей и затем проверяют по условиям вентиляции (рис. 6.6).
Если вычисленные по формуле значения Δ превышают для одноканатных подъемных установок 700 мм, а значения о превышают 500 мм, то допускается принимать зазор между подъемными сосудами равным 700 мм, а между подъемными сосудами и крепью — 500 мм.
В любом случае должна быть Δ≥300 мм, а σ≥240 мм.
Минимальный проектный зазор между наиболее выступающими частями подъемного сосуда или противовеса и крепью ствола или расстрелом трубно-лестничного отделения
где Δг — гарантированный зазор между подъемным сосудом и крепью ствола или расстрелом, м; Δп.с — максимально возможное перемещение подъемного сосуда; Δг.с — максимальное ожидаемое горизонтальное смещение стенок ствола к концу его эксплуатации при проходке ствола в ранее подработанном массиве; Δк.б — максимально возможное перемещение канатных проводников из-за крена башенного копра; Δс.с — максимально возможные отклонения стенок ствола при его строительстве от проектного положения; Δр — максимально возможные погрешности разбивочных работ.
Если вычисленная величина а окажется меньше 300 мм при глубине ствола до 800 м и 350 мм при глубине свыше 800 м, то ее следует принимать равной соответственно 300 и 350 мм.
Минимальные величины проектных зазоров между наиболее выступающими частями сосудов одного подъема и сосудов смежных подъемов определяют по формуле
где Δ’г — гарантированный зазор между подъемными сосудами; Δп.с1, Δп.с2 — величины перемещений подъемных сосудов.
Если вычисленная по формуле величина Δ окажется менее 400 мм, то ее следует принимать равной 400 мм.
Действующими нормами предусматривается применение для каждого подъемного сосуда четырех проводников. Канатные проводники располагают симметрично — по два с каждой боковой стороны подъемного сосуда или вдоль длинной наружной стороны на возможно большем расстоянии от подъемного каната. Допускается для одноканатных подъемных установок с глубиной подъема до 150 м и концевой нагрузкой до 50 кН применение двух-трехканатных проводников.
Конструкции проводниковых канатов выбирают такими, чтобы площадь соприкосновения их с направляющими устройствами подъемных сосудов была наибольшей, а проволоки наружного слоя имели наибольшую толщину.
Рекомендуется в качестве канатных проводников и отбойных канатов применение канатов закрытой конструкции и прядевых ГОСТ 7667—80, ГОСТ 7669—80.
На каждой подъемной установке, оборудованной канатными проводниками, навешивают не менее двух отбойных канатов между подъемными сосудами на одинаковом от них расстоянии, которые служат для предупреждения столкновения сосудов между собой при встрече.
Отбойные канаты могут отсутствовать на людских грузолюдских и грузовых многоканатных подъемных установках при концевой нагрузке до 400 кН, если расстояние между выступающими частями подъемных сосудов одного или двух смежных подъемов более 600 мм и 800 мм — при концевой нагрузке свыше 400 кН, а также в случае, когда один из подъемных сосудов движется по канатным проводникам, а другой — по жестким.
В качестве отбойных канатов допускается применять круг-лопрядные канаты.
Запас прочности канатных проводников определяют как отношение суммарного разрывного сопротивления всех проволок каната к нагрузке на канат и собственного веса каната и должен составлять не менее 6 крат, отбойных — не менее 5 крат.
Для обеспечения сопротивления боковым усилиям проводниковые и отбойные канаты подвергаются натяжению.
Натяжение каждого отбойного каната должно быть не менее натяжения каждого из канатных проводников. Чтобы устранить возможность синхронных поперечных раскачиваний проводниковых и отбойных канатов, усилия в них должны быть несколько отличающимися друг от друга. Существует несколько способов натяжения проводников и отбойных канатов при помощи грузов, размещенных в зумпфе ствола или на копре, винтовых домкратов с калиброванными пружинами и гидравлических устройств.
Наибольшее распространение получил способ натяжения проводниковых и отбойных канатов грузами, подвешенными непосредственно к нижнему концу каждого каната в зумпфе.
Канатные проводники крепят на усиленном поясе копра с помощью специальных устройств: клиновых муфт и клиновых регулируемых коушей.
Для обеспечения нормальной работы подъемной установки во время погрузочно-разгрузочных операций на нижней и верхней приемных площадках, где скорость движения подъемных сосудов невелика, устанавливают жесткие направляющие из рельсов, стальных или деревянных брусьев. Вход подъемных сосудов в жесткие проводники осуществляется за 4—6 м до приемной площадки.
Для движения по жестким проводникам подъемные сосуды снабжают стальными направляющими лапами с раструбами.
Для обеспечения возможности прохода подъемными сосудами промежуточных горизонтов без снижения скорости и надежной фиксации, позволяющей производить погрузочно-разгрузочные работы, применяют откидные или выдвижные фиксирующие устройства и площадки.
Армирование вертикальных стволов в настоящее время производят по индивидуальным проектам. Типовые проекты отсутствуют.
К навеске проводниковых и отбойных канатов в стволе приступают, в соответствии с проектом производства работ, после выполнения подготовительных работ и изготовления всех необходимых металлоконструкций и приспособлений. К подготовительным работам относятся: ревизия проходческих подъемных машин и лебедок; маркшейдерская съемка профиля крепи ствола и элементов жесткой армировки (если они предусмотрены проектом); монтаж противопожарных ляд; перекрытие устья ствола; установка направляющих и отклоняющих шкивов; монтаж полков для обслуживания грузов в зумпфе ствола; установка ручных вспомогательных лебедок; ревизия узлов крепления канатов на копре; испытание коушей на защемляющую способность; производство ревизий всех прицепных устройств натяжных грузов.
Проводниковые и отбойные канаты обычно навешивают с помощью проходческой подъемной машины или специальной лебедки через систему шкивов с полностью набранными на поверхности грузами в следующей последовательности.
Прежде чем смотать канат с барабана подъемной машины, производят проверку закрепления его в коуше. Для этого канат напускают и ведут наблюдения за качеством закрепления в течение 30 мин.
Если канат не проскальзывает, то оставшуюся часть его сматывают с барабана подъемной машины и обрубают на расстоянии 15—20 м выше коуша.. Конец каната заделывают в муфте и закрепляют на копре.
После установки первого проводникового каната передвигают направляющие шкивы в положение для второго каната и закрепляют их. Все остальные операции по установке второго каната аналогичны операциям по установке первого каната.