книги / Технология строительства подземных сооружений. Строительство вертикальных выработок
.pdfТЕХНОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА
ПОДЗЕМНЫХ
СООРУЖЕНИЙ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ВЕРТИКАЛЬНЫХ
ВЫРАБОТОК
2-е издание, переработанное;» дополненное
Рекомендовано Комитетом, по высшей школе Министерства науки,
высшей школы и технической политики Российской Федерации в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности <гШахтное и подземное строительство»
МОСКВА "НЕДРА” 1992
ББК 33.15 T 38
УДК 622.25(075.8)
А в т о р ы : И. Д. Насонов, В. А. Федюкин, М. Я. Шуплик„
В.Я. Ресин
Ре д ей з е « т: кафедра строительства подземных сооружений и шахт Тульского 'политехнического института
т |
2502010000—243 |
„„ |
Издательство «Недра», 1983 |
1 |
-----------------------129—92 |
SменеииямиКоллектив авторов, 1992, с из* |
|
|
043(01) —92 |
|
ISB1* 5-247-01151-1
ПРЕДИСЛОВИЕ
Экономическое и социальное развитие страны тесно связа но с интенсификацией горнодобывающих отраслей промышлен ности. Так в горной промышленности предусматривается значи тельное увеличение подземной добычи полезных ископаемых за счет совершенствования техники и технологии очистных и под готовительных работ, реконструкции действующих и строитель ства новых шахт и рудников. В этой связи в ближайшие годы значительно возрастет объем работ по строительству стволов.
Значительный объем работ по строительству стволов в бли жайшие годы будет выполнен в транспортном и гидротехниче ском строительстве. При строительстве транспортных и гидро технических тоннелей стволы предусматриваются не только ис ходя из технологической необходимости эксплуатации подзем ного сооружения, но и для расширения фронта горностроитель ных работ. Так, например, при строительстве Северо-Муйско- го железнодорожного тоннеля БАМ длиной 15,7 км пройдено четыре ствола суммарной глубиной 1135 м, что позволило уве личить число тоннелепроходческих забоев с двух до десяти и значительно сократить время строительства тоннеля.
В комплекс горных выработок подземных ГЭС входят урав нительные шахты диаметром до 15 м, шинные, вентиляцион ные и подъемные стволы, строительство которых осуществляет ся в труднодоступной местности.
Большой объем работ, свыше 1,5 км в год, приходится на строительство стволов при прокладке линий метрополитенов
икоммунальных тоннелей в практике городского подземного строительства.
Строительство стволов характеризуется большой сложностью
итрудоемкостью производства работ, что обусловлено некото рыми особенностями: стесненными условиями выполнения тех нологических процессов, зачастую большой глубиной стволов,
необходимостью применения подвесного горнопроходческого оборудования и частым перемещением его по стволу, наличи ем притоков воды в ствол и другими факторами.
По указанным причинам, например, в горной промышленно сти на строительство ствола приходится до 20% общей стоимо сти и 50—60% продолжительности строительства предприятия в целом. В связи с этим обобщение передового опыта и внедре ния прогрессивной техники и технологии работ при строитель стве стволов имеет большое народнохозяйственное значение.
з
1.ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
ИРАЗМЕРЫ СТВОЛОВ
1Л. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Ствол — вертикальная выработка с постоянной крепью, предназначенная для технологической связи подземного соору жения с поверхностью. Различают стволы разведочные, шахт ные и специальные (для подземных сооружений).
Взависимости от назначения шахтные стволы разделяют на
гл а в н ы е (подъем полезного ископаемого и породы, спуск и
подъем людей и |
материалов) |
и в с п о м о г а т е л ь н ы е — |
вентиляционные, |
закладочные, |
вентиляционно-закладочные; |
в гидротехническом строительстве — уравнительные, шинные, вспомогательные; в городском и транспортном строительстве — монтажные (демонтажные), выданные и вентиляционные.
Срок службы стволов устанавливается в зависимости от назначения. Стволы, предназначенные для обслуживания под земного сооружения, имеют срок службы, равный времени экс плуатации подземного сооружения. Стволы, предназначенные для строительства подземного сооружения, имеют срок службы, равный продолжительности строительства подземного соору жения.
Вбольшинстве случаев для строительства используются стволы, которые предназначаются и для эксплуатации под земного сооружения.
1.2.ФОРМЫ, СЕЧЕНИЯ И РАЗМЕРЫ СТВОЛОВ
Вгорнодобывающей промышленности, а также при строи тельстве транспортных и гидротехнических тоннелей и гидро электростанций применяют в основном к р у г л у ю форму попе речного сечения стволов. Такая форма повышает устойчивость породных стен стволов и позволяет применить в качестве ма териала крепи бетон. В свою очередь, бетонная крепь увеличи вает время эксплуатации ствола, обеспечивает огнестойкость и малый коэффициент аэродинамического сопротивления. При круглой форме сечения механизировано выполнение основных
технологических процессов — бурение |
шпуров, погрузка |
поро |
||
ды и возведение крепи. |
|
|
|
|
Стволы п р я м о у г о л ь н о й формы |
применяют |
при |
геоло |
|
горазведочных работах. Эти стволы |
имеют деревянную |
крепь |
||
и малый срок службы. |
|
|
|
|
При строительстве коммунальных |
тоннелей |
применяют |
круглую и прямоугольную форму поперечного сечения ствола. Размеры поперечного сечения стволов обусловливаются их
назначением и техническим оснащением. Размеры сечения стволов определяют расчетно-графическим путем в зависимости от следующих факторов:
размеров размещаемых в стволе подъемных сосудов (ски пов, клетей), которые в свою очередь, зависят от производст венной мощности горного предприятия, объемов выдаваемой на поверхность пустой породы; размеров элементов армировки (расстрелов и проводников) ; зазоров между крепью и подъем
ными |
сосудами, подъемными сосудами и элементами арми |
ровки, |
установленных Правилами безопасности; размеров |
лестничного и кабельно-трубного отделений.
Окончательно сечение ствола принимают с учетом скорости движения воздуха, которая не должна превышать установлен ной Правилами безопасности нормы.
Полученное сечение стволов круглой формы типизировано, и в горнодобывающих отраслях промышленности колеблется в пределах 4—9 м в свету через каждые 0,5 м.
Так на шахтах средней производственной мощности (1,0— 1,5 млн. т/год) в основном предусматриваются' стволы диамет ром в свету 5,5—6,5 м. На шахтах большой производственной мощности (2,4—3 млн. т) предусматриваются стволы диамет ром 7—8 м. Стволы диаметром менее 5,5 м обычно располага ются на флангах шахтного поля для вентиляции и как запас ной выход. В горно-химической промышленности, на калийных месторождениях, в основном предусматриваются стволы диа метром в свету 6,0—7,5 м.
При строительстве транспортных и гидротехнических тон нелей предусматриваются стволы диаметром в свету 5—6 м. На гидроэлектростанциях шинные и подъемные стволы имеют диаметр 4,5—5,5 м в свету, уравнительные стволы— 10— 15 м.
При строительстве коллекторных тоннелей размеры стволов
зависят от диаметра и длины щита, |
который монтируется |
в |
|||
стволе для проходки тоннеля. |
|
|
|
не |
|
В промышленном |
строительстве используются стволы |
||||
большой глубины, но больших диаметров — 20—40 м. |
|
|
|||
Глубины стволов |
шахт (рудников) |
зависят |
от глубины и |
||
элементов залегания |
месторождений |
полезных |
ископаемых, |
||
местоположения стволов относительно |
границ шахтного |
поля |
|||
и достигают 1600 м и более. |
|
глубин |
ство |
||
Наблюдается тенденция постепенного роста |
лов, что существенно усложняет технологию их строительства. Средняя глубина ствола в горнодобывающих отраслях промыш
ленности |
составляла: |
до 1940 г .— 104 м; |
до 1960 г. — 305 |
м; |
||||
до 1970 |
г. — 480 |
м; до 1975 г. — 500 м; |
до |
1980 |
г. — 590 |
м; |
до |
|
1985 г. — 620 м; |
до |
1990 г. — 670 м. В |
этих же |
отраслях |
про |
|||
мышленности глубину более 500 м имеют |
70% |
стволов, |
16% |
|||||
стволов имеют глубины 1000—1200 м. |
|
|
|
|
|
В последние годы в отечественной практике построено ряд глубоких и сверхглубоких стволов. В Криворожском бассейне
стволы |
имеют глубину до 800 м, на Текелийском |
руднике — |
до 950 |
м, в Норильском горно-металлургическом |
комбинате |
им. А. П. Завенягина на руднике «Октябрьский» построено де сять стволов глубиной до 1200 м, а на руднике «Таймырский» в
этом |
же комбинате — шесть |
стволов глубиной |
1430— 1585 м. |
В |
Европе стволы шахт |
и рудников имеют |
глубину 500— |
1000 м. В ЮАР на золотом руднике «Ваал риф» построен ствол глубиной 2145 м, а на руднике «Президент Стейн» ствол № 4 имеет глубину 2365 м.
Глубина стволов при строительстве транспортных и гидро технических тоннелей равна 150—600 м, тоннелей метрополи тена— 20—80 м, коллекторных тоннелей— 10—40 м.
2. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ПЕРИОД
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Общее время строительства шахты разделяется на три пе
риода: |
объектов, необ |
п о д г о т о в и т е л ь н ы й — строительство |
|
ходимых для строительства стволов; |
|
п е р в ы й о с н о в н о й — проходка ствола |
и сопрягающих |
ся с ним выработок, армирование, монтаж оборудования подъ ема, водоотлива и вентиляции;
в т о р о й о с н о в н о й — проведение горизонтальных и на
клонных выработок, окончание |
строительства |
поверхностных |
зданий и сооружений и сдача шахты в эксплуатацию. |
||
Подготовительному периоду |
предшествуют |
организацион |
ные мероприятия — составляется |
задание на проектирование, |
разрабатывается и утверждается проектно-сметная документа ция, осуществляется финансирование, согласовываются планы материально-технического снабжения и поставки оборудова ния, оформляется документация и производится отвод в нату ре земельного и горного участков, освобождается территория земельного участка, согласовываются планы строительно-мон тажных работ с генеральным подрядчиком и субподрядными организациями, решаются вопросы обеспечения строительства
рабочими кадрами, жилищно-бытового |
их устройства и дру |
гие вопросы. |
|
После выполнения указанных работ приступают к осуществ |
|
лению строительно-монтажных работ |
подготовительного пе- |
рирда. |
|
Подготовительный период является важным этапом строи |
|
тельства шахты. От своевременного и |
качественного выполне |
ния работ подготовительного периода во многом зависит успеш ное выполнение основных горнопроходческих работ и строи тельства шахты в целом.
Комплекс строительно-монтажных работ подготовительного периода разделяется на работы, которые выполняются за пре делами промышленной площадки шахты (внеплощадочные ра боты) и непосредственно на промышленной площадке шахты (внутриплощадочные работы).
2.2.ВНЕПЛОЩАДОЧНЫЕ РАБОТЫ
Квнеплощадочиым работам относится строительство объ ектов, расположенных за пределами шахтной площадки, — же лезная и автомобильная дороги, линии электропередачи, водо провод, канализация, очистные сооружения и другие объекты.
Железная дорога строится для перевозки материалов при строительстве и эксплуатации шахты, оборудования и полез ного ископаемого. Железнодорожные линии прокладываются от шахтной площадки до ближайшей железной дороги или экс плуатационной шахты. Протяженность железнодорожной ли нии зависит от территориального расположения шахты и изме няется от 3 до 35 км. В случаях, когда строительство железной дороги задерживается, на ближайшей шахте железнодо рожной станции сооружаются временные склады для хранения материалов и оборудования, которые в дальнейшем перевозятся на шахту автомобильным транспортом.
Автомобильная дорога соединяет шахтную площадку с бли
жайшей автомобильной дорогой республиканского или област ного значения. Автомобильные дороги делаются с асфальтовый покрытием шириной 6 м.
Линии электропередачи (ЛЭП) сооружаются для обеспече ния строительства и эксплуатации шахты электроэнергией. В практике применяются два варианта обеспечения строитель ства шахты электроэнергией.
П е р в ы й — в подготовительный период строится постоянная ЛЭП, которая по проекту обеспечивает электроэнергией и строительство, и эксплуатацию шахты. Эта ЛЭП напряжением 10—35 кВ подсоединяется к свободному фидеру районной под станции.
В т о р о й — вначале строится временная ЛЭП напряжени ем 1—6 кВ, а затем постоянная ЛЭП. Временная ЛЭП подклю чается к фидеру трансформаторной подстанции действующего предприятия или к проходящей вблизи от шахты соответствую щей линии электропередачи. Этот вариант применяется в слу чаях, когда строительство постоянной ЛЭП осложняется боль шим объемом работ и несвоевременной поставкой проектной документации, материалов и оборудования. Строительство по
стоянной ЛЭП должно быть закончено к началу развития ос новных горных работ.
При строительстве шахт, удаленных на значительное рас стояние от источников электроэнергии, начальные работы под готовительного периода обеспечиваются электроэнергией от передвижных электростанций с двигателями внутреннего сго рания ДГ-50, АД-70, ДГ-400. Передвижные станции могут при меняться в крайних случаях.
Линия телефонной связи (ЛТС) строится от шахтной пло щадки до ближайшего телефонного узла.
ЛТС бывают воздушные, с подвеской проводов на столбах, и кабельные. Марка ЛТС определяется проектом в зависимо
сти от отдаленности шахт от узла |
связи, рельефа |
поверхности |
и других факторов. |
расходуется на |
производст |
При строительстве шахт вода |
венные (охлаждение компрессоров, приготовление бетона, мой
ка машин, котельная и т. п.), санитарно-бытовые |
(душевая, |
|
столовая) |
и противопожарные нужды. Потребность воды опре |
|
деляется |
расчетом по нормативам: приготовление |
бетона — |
200—300 л на 1 м3, мойка автомашин — 300—600 л/сут на од ну машину, душ — 25—30 л за 5 мин; норма на санитарно-бы товые нужды — 200 л/сут; противопожарные нужды — 20 л/с при площади застроенной территории до 50 га и т. п.
Обеспечение водой производится от действующих ближай
ших водопроводов. При их |
отсутствии бурят |
артезианские |
скважины. Д ля технических |
нужд используются |
ближайшие |
озера, речки и другие водоемы. Для подачи воды на площадку сооружается водопровод. Суточный расход воды составляет 200—600 м3.
Для сброса шахтных и бытовых вод в соответствии с тре бованиями охраны окружающей среды сооружается канализа ционный трубопровод с очистными сооружениями.
2.3. ВНУТРИПЛОЩАДОЧНЫЕ РАБОТЫ
Непосредственно на территории шахтной площадки в под готовительный период строят здания и сооружения для прове
дения работ |
первого основного периода — проходки стволов. |
|||
Освоение шахтной площадки начинается с работ нулевого |
||||
цикла. |
н у л е в о г о |
ц и к л а включают рубку и корче |
||
Р а б о т ы |
||||
вание леса, |
удаление растительного |
слоя, горизонтальную и |
||
вертикальную планировку |
площадки, |
разбивку осей зданий, |
||
сооружение |
коллекторов для подземных |
коммуникаций и ре |
||
зервуаров запасной и противопожарной |
воды, строительство |
дорог на шахтной площадке, разработку котлованов и траншей с выкладкой фундаментов под здания и сооружения. Плани
ровка площадки производится на основе топографической съем ки и совмещенного плана расположения постоянных и времен ных зданий.
В это время целесообразно производить монтаж труб водо провода, канализации, теплоснабжения, сжатого воздуха, си ловых и слаботочных 'кабелей. Подземные коммуникации ра ционально укладывались в коллекторы, что облегчает после дующий их ремонт, уменьшает объем работ по временным Ком муникациям и повышает общую культуру производства.
С т р о и т е л ь с т в о з д а н и й и с о о р у ж е н и й следу ет начинать после окончания работ нулевого цикла. В подгото вительный период строят административно-бытовой комбинат (АБК), в котором размещаются нарядная, раздевалка, душ, помещения для надзора и аппарат управления. АБК может быть временным или постоянным. В первом случае строится временное одноили двухэтажное здание, в котором размеща ются необходимые службы. По окончании строительства шах ты это здание разбирается. Строительство постоянного АБК приспосабливается к специфике шахтостроительной органи зации.
Во время подготовительного периода строят также механи ческую мастерскую с кузнечным, слесарным и электрическим отделениями. В механической мастерской размещаются метал лообрабатывающие и бурозаправочный станки.
В то же время возводят компрессорную станцию с воздухо сборниками и градирней. В здании компрессорной монтируют компрессоры суммарной производительностью 100— 150м3/мин. Целесообразно применять передвижные компрессорные станции.
Котельная служит для отопления АБК, производственных зданий и подогревания воздуха, подаваемого в ствол. Для вре менных котельных применяют вертикально-цилиндрические во дотрубные котлы производительностью 0,8— 1,8 т/ч пара. Целе сообразно применять передвижные котельные установки.
На центральных площадках с расходом пара до 10 т/ч при меняют передвижные (на железнодорожных платформах) ко тельные типа ПКБМ-10/8.
Трансформаторная подстанция (ТП) служит для приема электроэнергии, трансформации и распределения ее по потреби телям на промышленной площадке. Целесообразно применять
передвижные подстанции |
конструкции |
Донгипрооргшахтостроя |
|
ОРУ-6, которые состоят |
из |
двух |
передвижных устройств |
ОРУ-6 кВт и трех трансформаторных подстанций. |
|||
Применение передвижных |
ТП позволяет уменьшить стои |
мость монтажных работ в 2—2,5 раза, а протяженность кабеля в 1,5—2 раза.
Резервуары запасной воды сооружают объемом из расчета хранения трехчасового запаса воды на противопожарные нуж
ды, 15% максимального расхода воды для бани и 12-часового расхода на текущие хозяйственные нужды. Резервуар цилинд рической формы диаметром до 15 м заглубляют в землю, он
имеет железобетонные' стены и перекрытие. |
|
четырех |
типов: |
|||||
На период строительства |
строят |
склады |
||||||
о т к р ы т ы й |
для хранения леса, кирпича, |
песка, щебня, |
желе |
|||||
зобетонных |
и металлических |
конструкций; |
п о л у з а к р ы т ы й |
|||||
(навес) |
для |
хранения профильного |
металла, |
труб |
листового |
|||
металла, |
арматуры, битума и т. п.; з а к р ы т ы й для |
хранения |
||||||
цемента, |
гипса и извести; у н и в е р с а л ь н ы й |
(магазин) для |
хранения электромонтажных материалов, красок, цветных ме таллов, измерительных приборов, инструмента, запасных час тей, спецодежды и т. п.
Склады обычно располагаются около железнодорожных пу тей и оснащаются погрузочно-разгрузочными механизмами.
Бетоносмесительная установка. Обеспечение строительства шахты бетонной смесью производится двумя способами: бетон ная смесь, приготовленная на районном бетонном заводе, до ставляется на площадку в автомашинах; бетонная смесь приго товляется в смесительных установках, расположенных на шахт ной площадке. Наиболее рациональным является первый спо соб. Бетон транспортируется на расстояние до 10 км.
Шахтная бетоносмесительная установка имеет одну или две бетономешалки вместимостью до 500 л. Применяют передвиж ные установки типа С-543.
2.4. ПРОХОДКА УСТЬЯ СТВОЛА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОТХОДА
В подготовительный период проходят устье ствола и тех нологический отход. Конструкция устья определяется: назначе нием ствола и формой его поперечного сечения; величиной вер тикальной нагрузки; условиями залегания и физико-механиче скими свойствами пород, в которых сооружается устье; мате риалом крепи и другими факторами.
На рис. 2.1 изображены распространенные конструкции устья. Устье состоит из оголовка 1, средней части 2 и опорного венца 3 (рис. 2.1, а) .
Оголовок и опорный венец воспринимают вертикальные на грузки и передают их на породный массив. Диаметр устья ра вен диаметру ствола в свету. Глубина устья зависит от разме ров оголовка и проемов вентиляционных каналов, а также глу бины расположения плотных пород, в которых закладывается опорный венец. Обычно устье имеет глубину от 10 до 20 м. Крепь устья — монолитный железобетон и реже бетон. Толщина крепи в средней части 0,6—0,9 м.
В устье устраиваются проемы для вентиляционного и кало-