книги / Технология строительства подземных сооружений. Строительство вертикальных выработок
.pdfсообразно проходить с применением комплексов типа КПВ или КПН, основные технические данные которых приведены ниже.
Комплекс . |
кпв-4 |
КПВ-4А КПН-4 |
К.ПН-4А |
КПВ-400 |
||
Высота |
проведения, м |
80 |
120 |
120 |
160 |
400 |
Площадь поперечного се |
4—6 |
3—8 |
4 -6 |
4—10 |
4—8 |
|
чения выработки, м2 . . |
||||||
Угол наклона выработки, |
60—90 |
60—90 |
15—60 |
15—90 |
30—90 |
|
градус . . . . |
||||||
Грузоподъемность полка, |
500 |
600 |
500 |
600 |
600 |
|
кг |
. . . |
|||||
Скорость |
перемещения |
12 |
18 |
12 |
15 |
18 |
полка, 'м/мин . |
||||||
Гип двигателя |
|
Пневматический |
|
Электричес |
||
|
|
|
|
|
|
кий |
Проходческий комплекс КПВ (рис. 14.5) состоит из само ходного проходческого полка 1, который при помощи пневмо двигателя 2, редуктора и шестеренчатого зацепления 3 переме щается по монорельсу 4 с цепочной рейкой. Монорельс состоит из отдельных секций длиной 0,75—1,5 м и закрепляется к по родным стенкам клино-распорными анкерными штангами 5 дли ной 1,2— 1,5 м. Сжатый воздух к пневмодвигателю полка пода ют по шлангу 6, который при подъеме и спуске полка наматы-
вается на ^автоматическую лебедку 7 Подачу воды и сжатого воздуха для работы перфораторов производят по трубам 8 и 9, которые смонтиройаны в монорельсе. Включение и отключение подачи воды и воздуха производятся при помощи блока пита ния, расположенного на полке.
Работа по проходке передовой выработки комплексом КПВ производится следующим образЪм. Проходчики, погрузив в клеть инструмент и секцию монорельса, поднимаются в забой ствола.
В забое проходчики переходят на полок, надевают на моно рельспредохранительную цепь, которая предотвращает само произвольное опускание полка, и наращивают очередную сек цию монорельса.
Закончив подготовительные работы для проходки, телеско пическими перфораторами бурят шпуры. После бурения шпуров самоходный полок с проходчиками спускается вниз и затем вместе с взрывником снова поднимается в забой. Взрывник за ряжает шпуры, подсоединяет взрывной провод и на полке спус кается вниз в укрытие. После взрывания шпуров взорванная порода падает в тоннель, где ее машиной грузят в вагонетки пли автомашины. Проветривание выработки производится сжа тым воздухом. Погрузка породы совмещается с буровзрывными
работами |
или производится последовательно. |
|
|
|
|
Расчет |
параметров буровзрывного |
комплекса |
производят |
||
по формулам, изложенным в разд. 4. |
Расход |
ВВ |
в |
породах |
|
с f =6-7-10 изменяется от 2 до 3 кг/м3. Число |
йпуров |
на 1 м2 |
забоя в породах с /=6ч-12 соответственно 2,5—4, глубина шпу ров 1,5—2 м. Схема расположения шпуров обычная для выра боток прямоугольной формы.
Распределение времени проходческого цикла при проходке комплексом КПВ-1А примерно следующее. Осмотр, подготовка
комплекса |
и подъем в забой |
занимает 40—50 |
мин, осмотр |
||
п оборка |
забоя 20—30 мйн, |
наращивание монорельса |
60— |
||
70 мин, подготовка к бурению и бурение шпуров |
100— 120 мин, |
||||
заряжание |
шпуров |
40—50 мин, |
спуск полка и погрузка 15— |
||
20 мин, взрывание |
и' проветривание 20—30 мин, |
общая |
про |
должительность цикла буровзрывных работ 5—6 ч, средние ско
рости проходки 80— 100 м/мес. |
|
|
|
|
|
Фирма «Алимак» |
(Швеция) выпускает установки ТН-5 для |
||||
проходки вертикальных‘выработок снизу вверх длиной |
150— |
||||
200 м. Установки имеют две модификации: |
е |
одйим приводом |
|||
мощностью 6,2 кВт для проходки выработок |
площадью |
попе |
|||
речного сечения 9 м2 |
и с двумя |
приводами |
мощностью по |
||
6,2 кВт для проходки |
выработок |
площадью |
поперечного |
сече |
ния 15 м2. Применяют двигатели электрические или дизель-гид- равлические. Установка ТН-5 состоит из кабины с приводным двигателем, перемещающимся по зубчатому рельсу. Рельс со
бирают из отдельных секций, в которые вмонтированы трубо проводы для воды и сжатого воздуха. Кабина имеет два яруса. В нижнем (огражденном) находятся рабочие во время подъема и опускания кабины: Здесь же расположены рычаги управле ния двигателем. Верхний ярус представляет собой рабочую платформу с навесом для защиты людей, производящих работу в забое. Последовательность работы применяется обычная — подъем полка в забой, наращивание секции зубчатого рельса, бурение и заряжание шпуров, спуск полка в горизонтальную; выработку, взрывание и проветривание. Для безопасности ра бот кабина оборудована ограничителем скорости, тормозом и устройством для ее опускания при неисправном двигателе.
Фирма .«Райзе Дрилл» (Швеция) выпускает буровую уста новку для проходки вертикальных и наклонных выработок круглой формы диаметром 1,2—2,4 м. Бурение выработок про изводят вниз вращательным способом с шарошечным долотом, бурят пилот-скважину диаметром 30 см. Разбуренная порода из забоя удаляется водой. Затем той же установкой снизу вверх пилот-скважина шарошечным долотом расширяется до полного сечения выработки. Разбуренная порода удаляется по горизон тальной выработке.
Буровая установка фирмы «Райзе Дрилл» применялась на строительстве гидроузла. Передовой ствол глубиной 82 м и диа метром 1,8 м водоуравнит'ёльной шахты был пройден за 6 рабо чих дней, а наклонная галерея длиной 258 м и диаметром 2,4 м пройдена з'а 3 мес 10 дней.
Проходку передовой выработки с подвесным полком произ водят следующим образом. В центре ствола с поверхности бу рят скважину диаметром 200'—250 мм.’ У скважины монтируют тихоходную лебедку, канат которой пропускается через скважи ну. К нижнему концу каната прикрепляют подвесной полок. Проходчики на полке поднимаются в забой и проводят буре ние и заряжание шпуров и подсоединяют взрывную электро цепь. Затем полок с проходчиками спускается вниз. Полок на тележке отвозят в безопасное место. Канат с прицепным устрой- , ством поднимается в скважину. Шпуры взрывают, и взорванная
порода падает в тоннель, где ее грузят в транспортные |
средст |
||
ва. После погрузки |
породы полок |
поднимается в выработку |
|
и цикл повторяется. |
Строительство |
стволов большой площади |
|
поперечного сечения |
с передовой выработкой позволяет |
повы |
сить скорость строительства в 1,4—2 раза (15—20 м/мес)'. Пер воначальные затраты на проходку передовой выработки оку паются повышением скорости строительства ствола, снижением трудовых затрат и стоимости работ по погрузке породы.
После проходки передовой выработки любым способом в дальнейшем приступают к работам по расширению ствола до проектных размеров. При этом технология расширения может
быть реализована по трем вариантам: с бурением, шпуров в пе редовой скважине с подвесного полка; со стержневым затвором в скважине и бурением шпуров в забое; с многоуступной фор
мой забоя. |
|
(рис. |
14.6) |
При расширении ствола по первому варианту |
|||
шпуры бурят |
при помощи установки типа БУ-1 |
или |
другой |
с заданными параметрами с двухэтажного полка, |
позволяюще |
||
го применять |
.одновременно две-три бурильные установки |
(рис. 14.6,а), или с трехэтажного с удвоенным числом буриль ных установок (рис. 14.6,6). С полка заряжают шпуры и мон-
а.
Рис. 14.6. Расширение ствола или скважины |
большого |
диаметра |
снизу |
|||
вверх на полную, глубину заходками: |
|
|
|
|
||
и — при помощи двухэтажного |
полка; б —при |
помощи |
трехэтажного |
пол |
||
ка; в — заходками снизу вверх |
с воз'ведением |
постоянной бетонной |
крепи |
|||
сверху вниз; |
/ — предохранительное |
перекрытие; 2 — бурильные, установки; |
||||
■3— рабочий |
полок; 4 '— полок для |
укладки шпуровых зарядов и монтажа |
взрывной сети
тируют электровзрывную сеть. Затем полок поднимают и по следовательно взрывают шпуровые заряды: первый ряд мгно венно, а все последующие — с одной-двумя ступенями замед ления.
При такой схеме организации работ постоянная крепь воз водится снизу вверх после расширения ствола на всю глубину, что возможно только в крепких устойчивых породах. В менее устойчивых породах возможна схема расширения заходками снизу вверх с возведением постоянной бетонной крепи сверху вниз (рис. 14.Q,в). Этот вариант требует бурения с передовой скважины диаметром 2—2,5 м.
При расширении ствола по второму варианту (рис. 14.7) передовая выработка перёкрывается стержневым затвором, ко торый подвешивается на канате с поверхности, но прикреплен снизу к другому .канату с жимками для продергивания по сква жине и устранения возможного образования породных пробок.
Этот канат наматывается на барабан |
лебедки, установленной |
|
в сопряжении. Для обеспечения полной |
безопасности ведения |
|
работ в забое затвор ни в коем случае |
не следует |
поднимать |
выше скважины, т. е. она должна быть |
всегда перекрыта. |
|
При расширении ствола по третьему |
варианту |
(рис. 14.8) |
забой расчленяется на четыре-пять уступов высотой 2—2,5 м. Ширина почвы уступа 1,8—2 м. На каждом уступе располага ются два концентрических круга шпуров с расстоянием между' кругами 0,7 м и между шпурами 0,9 м. Во время бурения шпу-
Рис. 14.7. Схема проходки ствола са стержневым затвором:
/^-стержневой затвор; 2 —скважина; 3 — лебедка; 4 —скреперная уста новка; 5 — забой ствола; 6 — опалубка
Рис. 14.8. Схема проходки ствола большого поперечного сечения с пере довой выработкой:
1— временная подъемная машина; 2 — лебедка для подвески предохрани тельной пробки; 3 — временная крепь; 4 —ступенчатый забой ствола; 5 — предохранительная пробка; 6 — погрузочная машина
ров (обычно ручными бурильными машинами поуступно сверху вниз) передовой ствол перекрывается подвесной предохрани тельной пробкой, которая при взрывании шпуров поднимается на безопасную высоту (15—20 м от з'абоя). Конструкцией под весной пробки предусматривается иметь ниже посадочной рамы проемы для пропуска воздуха (проветривания).
Сброшенная в передовой ствол порода на нижнем горизонте погружается экскаватором или погрузочной машиной в авто самосвалы или другие транспортные средства.
По мере подвигания забоя стенки ствола крепят временной крепью (анкерной, из швеллерных колец и др.). При последо
вательной схеме в зависимости от устойчивости |
пород |
через |
10—20 м работы по выемке приостанавливают и |
снизу |
вверх |
возводят постоянную монолитную бетонную или |
железобетон |
|
ную крепь..При параллельной схеме возведение |
постоянной |
•крепи производят с верхней ступени вслед за подвиганием за боя ствола без установки врёменной крёпи. Технология и орга низация производства работ при креплении аналогичны возве дению крепи при строительстве стволов с подъемом породы ' на поверхность в бадьях.
Анализируя рассмотренные варианты технологии строитель ства стволов большой площади сечения со спуском породы на нижележащий горизонт следует отметить, что на практике наи большее применение находит третий вариант, который позво- ■ ляет в 1,4—1,8 раз повысить производительность труда и ско рость проходки по сравнению с подъемом породы в бадьях.'
14.5. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СТВОЛА С ОТБОЙКОЙ ПОРОДЫ ГЛУБОКИМИ ВЗРЫВНЫМИ СКВАЖИНАМИ
Сущность этого способа заключается в том, что до начала строительства ствола в его сечении бурят ряд вертикальных скважин на глубину, превышающую проектную на 1,5—2 м. После бурения скважины заряжают ВВ и взрывают. После взрыва приступают к уборке взорванной породы и возведению постоянной крепи.
Взрывные скважины диаметром 200—250 мм располагают по1нескольким (3—5) концентрическим окружностям, причем
диаметр контурной окружности |
принимают равным |
диаметру |
|
ствола в проходке или на 0,5—1 м меньше его. |
взрыва, |
||
Выброшенную |
за пределы |
контура породу после |
|
а также породу, |
находящуюся |
выше поверхности земли с по |
мощью бульдозеров используют для планировки площадки или экскаваторами грузят в автосамосвалы и транспортируют
вотвал.
Вдальнейшем разрушенную породу с помощью экскаватора,
расположенного в сечении ствола, выбирают на глубину 5— 6 м(. Для возможности заезда автомобилей под погрузку в се чении ствола оставляют часть неубранной породы и устраивают наклонный съезд под углом 10—12°
После выемки породы на глубину 5—6 м монтируют обору дование для выдачи породы в бадьях.
На рис. 14.9, а приведена схема, на которой разрушенную взрывом породу с глубины 5—6 м^грузят в бадьи вместимостью 3—4 м3 с помощью экскаватора с объемом ковша 1 м3
Бадьи разгружают на поверхности в устройство, которое пе редвигается вокруг ствола экскаватором для подъема породы.
Кроме экскаваторов погрузка и выдача породы на поверх ность может осуществляться с помощью грейферных грузчиков.
Рис. 14.9. Проходка ствола с отбойкой; породы глубокими взрывными скважи нами и. подъемом ее на поверхность в бадьях:
а —погрузка |
породы |
|||
экскаваторами; |
б — |
|||
погрузка |
|
породы |
||
КС-2у/40; |
1— бадья; |
|||
2 —забойный |
экска |
|||
ватор; |
3 — бетоно- |
|||
провод; |
4 — лестни |
|||
ца; |
5 — бункер |
для |
||
бетонной |
смеси; |
6 — |
||
вентилятор; |
7— мо |
|||
норельс; |
8 —тельфер |
|||
для |
грейфера; |
9 — |
||
тельфер бадьи; |
Î0 — |
|||
площадка |
обслужива |
|||
ния |
талей; J 1 — раз |
|||
грузочное |
устройство; |
|||
12 — грейфер |
|
КС- |
||
2у/40 |
|
|
|
На рис. 14.9,6 показан специальный комплекс, сконструиро ванный на базе козлового крана. Погрузка породы в.бадьи осу ществляется грейфером КС-2у/40, который подвешивается на канате к тельферу грузоподъемностью 5 т. Для спуска и подъе ма бадей служит тельфер грузоподъемностью 10 т, который перемещается по тому жé монорельсу.
По мере выемки породы стенки ствола крепят гвременной анкерной крепью с металлической сеткой (при последователь
ной схеме) или постоянной бетонной и железобетонной крепью (при совмещенной схеме), технология возведения которых ана логична с технологией возведения крепи при мелкошпуровой отбойке породы.
Описанный способ целесообразно применять при строитель стве стволов в устойчивых необводненных породах с f>8 диа метром 20—30 м и глубиной до 30—35 м.
Технология .строительства стволов, большого сечения с от бойкой породы глубокими взрывными скважинами наиболее часто применяется в Кривбасее для дробильно-нёрегрузочных комплексов. Так, при проходке ствола в породах с /=18ч-20 диаметром 23,5 м на глубину 29 м на Южном горнообогатитель ном комбинате скважины диаметром 243 мм и глубиной 30 м бурили станками шарошечного бурения СБШ-250 пятью кон центрическими окружностями диаметрами 1,4; 3,4; 13,4; 18,4 и 22,4 м. Четыре скважины, расположенные на первой окружно сти, служили для образования компенсационной полости и взры вались' в первую очередь. На второй, третьей и четвертой окруж ностях бурили соответственно 4; 8 и 8 скважин, на контурной — •36 скважин.
Конструкция заряда скважин, расположенных на всех кон центрических окружностях, за исключением контурной, была одинаковой и представляла собой колонковый заряд длиной 22 м и массой 1050 кг. Конструкции зарядов контурных скважин различались между собой. Заряд четных скважин представлял собой гирлянду из тротиловых шашек, расположенных друг от друга на расстоянии 6 м. Общая масса заряда в четной скважи не составляла 86,4 кг. Нижняя часть нечетных скважин на 11 м заряжалась тротилом (500 кг), затем на высоту 16 м помещали гирляндный заряд из тротиловых шашек. Общая масса заряда в нечетной контурной скважине составляла 551 кг. Взрывание зарядов скважин, расположенных на 2-, 3-, 4- и 5-той окружно стях, произведено за один прием с замедлением 15 мс.
Недостатками этого способа строительства являются боль шое разрушение устья и вывалы с.о стенок ствола, что приводит к значительным переборам породы и увеличивает расход ма териалов при возведении постоянной крепи. Так, при проходке стволов большого диаметра в Кривбасее переборы породы со ставляли: в устье— 41—67%; на глубине 10 м — 6—10%; 20— 25 м — 3—5%', а глубина воронки устья со значительными пере борами породы, превышающими 25% проектного сечения ство ла, достигала 6,5—7 м. Взрывание зарядов в скважинах с пред варительным образованием компенсационной щели по контуру поперечного сечения ствола несколько уменьшало радиус ворон ки устья и вывалы со стенок ствола, но не в полной мере.
15. СТРОИТЕЛЬСТВО с т в о л о в в г о ро д с к и х
УСЛОВИЯХ
15.1. ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА СТВОЛОВ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ
Ежегодно в крупных городах для строительства и эксплуа тации подземных инженерных коммуникаций проходят до 600 стволов глубиной от 5 до 60.м суммарной протяженностью около 6000 м.
Стволы проходят для монтажа проходческих щитов и комп лексов, вывода их на трассу возводимых тоннелей, демонтажа оборудования по окончании строительства, для опускания раз личных материалов я подъема породы, а также для устройств ва по трассе тоннеля различных камер и колодцев.
В зависимости от назначения стволы для коллекторных тон нелей делятся: на монтажные, в которых производятся монтаж проходческих щитов и комплексов, опускание элементов крепи, различных материалов и выдача породы, спуск и подъем людей; демонтажные, служащие для производства демонтажа и выдачи на поверхность проходческих щитов и комплексов и необходи
мого |
оборудования; |
промежуточные — для |
подъема |
породы, |
|||
опускания элементов |
крепи и различных материалов |
при про |
|||||
ходке |
протяженных |
участков тоннелей, а также для |
монтажа |
||||
камер |
и |
колодцев различного назн'ачения |
в |
заключительный |
|||
период; |
поворотные, |
необходимые |
для резкого |
поворота щита |
|||
на криволинейном участке трассы |
тоннеля; |
эксплуатационные, |
служащие в дальнейшем для целей эксплуатации тоннеля как рабочие камеры.
В отличие от шахтных стволов в угольной и горнорудной промышленности, стволы, проходимые в городском и промыш ленном подземном строительстве, имеют специфические особен ности, а именно:
1)сравнительно небольшая глубина;
2)проходка стволов в слабых или неустойчивых повторяю
щихся породах |
четвертичного |
отложения крепостью |
до /=1,2 |
|
и не требующих, как правило, |
применения буровзрывных ра |
|||
бот., Анализ геологических |
разрезов многочисленных |
участков |
||
коллекторных |
тоннелей, |
построенных в различных |
городах и |
на промышленных объектах, показал, что однородные породные условия при проходке стволов встречаются только при малой их глубине. При'глубине стволов начиная уже с 10 м проходка чаще всего осуществляется в разнохарактерных горно-геологи ческих условиях. Они представляют собой перемеживающиеся слои мощностью 2—8 м от песчаных и супесчаных до суглини стых и плотных глинистых пород, встречаются и коренные породы;