Способ проходки шахтных стволов
Проходка шахтных стволов составляет небольшую долю в общем объеме работ при строительстве метрополитенов, однако быстрое и успешное ее проведение сокращает общие сроки строительства, поскольку через шахтные стволы осуществляется разворот основных подземных работ.
Рис. 96. Шахтный ствол:
1 — воротник; 2 — вертикальный ствол; 3 — сопряжение ствола с околоствольными выработками; 4 — зумпф
По назначению различают рабочие шахтные стволы и вентиляционные. Рабочие шахтные стволы служат только для строительных целей. После окончания строительства их забучивают (заполняют кладкой, засыпают грунтом). Вентиляционные стволы являются постоянными сооружениями метрополитенов.
В больших вертикальных выработках на внешние нагрузки лучше работают обделки кругового очертания. Шахтные стволы, используемые при эксплуатации метрополитенов как вентиляционные, находятся в условиях знакопеременных температур, и их обделки требуют особо надежной гидроизоляции. Этим определяется преимущественное применение для шахтных стволов обделок из чугунных тюбингов. Типовой наружный диаметр стволов при строительстве метрополитенов принят равным 6 м.
Шахтный ствол (рис. 96) состоит из верхней части — устья (форшахты) с воротником, основной части — вертикальной протяженной закрепленной выработки, сопряжения ствола с околоствольными выработками и нижней части — зумпфа.
Воротник представляет собой конструкцию кругового очертания из бетона или железобетона, которая надежно закрепляет верхние кольца ствола в грунте и воспринимает часть веса обделки. В воротнике иногда размещают специальное оборудование, используемое при проходке ствола. Он ограждает устье ствола от стока поверхностных вод.
Сопряжение ствола с околоствольными выработками выполняют в виде бетонного раструба.
Зумпф ствола располагают на 2-3 м ниже уровня подошвы околоствольного двора. Он служит временным водосборником.
Комплекс размещенного в стволе оборудования, необходимого для обслуживания подземных работ в продолжение всего периода строительства, и поддерживающих его устройств называют постоянным армированием ствола. Сечение ствола разделяется на клетьевое, лестничное и лесоспускное отделения, а также отделения для размещения трубопроводов и кабелей (рис. 97).
В состав постоянного армирования ствола входят расстрелы — основные поддерживающие устройства клетьевого подъема и обшивки отделений ствола, проводники — направляющие для клетьевого подъема, оборудование лестничного и лесоспускного отделений, одна или две вентиляционные трубы, трубопроводы для водоотлива, сжатого воздуха и воды, а также постоянные силовые, сигнальные и осветительные электрокабели.
Расстрелы устанавливают по высоте ствола через каждые 3 м и крепят непосредственно к обделке. Деревянные проводники прикрепляют к расстрелам болтами. Трубопроводы крепят к обделке ствола при помощи хомутов, а электрокабели — посредством специальных кронштейнов и скоб. Ускорить подготовку ствола для ведения дальнейших подземных работ позволяет выполнение возможно большей части работ по его армированию в процессе проходки.
Шахтные стволы пересекают обычно разнородные грунтовые напластования, в том числе слабые неустойчивые и обводненные грунты. Поэтому при проходке стволов используют разные способы и часто применяют специальные способы работ: замораживание грунтов, цементацию и другие виды закрепления грунтов, искусственное водопонижение.
Стволы сооружают с последовательным монтажом колец обделки в призабойной части выработки (подводкой колец снизу) или способом опускной крепи с наращиванием колец сверху.
Способ подводки колец снизу (обычный) применяют при сооружении стволов в природно-устойчивых или искусственно закрепленных грунтах.
Способ опускной крепи применяют при проходке стволов в слабых неустойчивых грунтах. Одной из разновидностей способа является проходка с задавливанием крепи. В этом случае обделку устья ствола, имеющую несколько больший диаметр, используют в качестве неподвижной опорной части, а опускную крепь собирают в пределах нижнего ее участка. Чтобы не допустить обнажений вертикальных стенок выработки и выпуска грунта в забое, в нижней части опускной крепи делают ножевое кольцо из листовой стали. Крепь погружают, вдаливая гидравлическими домкратами, которые устанавливают на верхние фланцы тюбингов очередного собранного кольца обделки с упором в пакеты из двутавровых балок, раскрепленных в обделку устья ствола.
Рис. 97. Сечение шахтного ствола:
1 — лестничное отделение; 2 — лесоспуск: 3 ooo— клетевое отделение (на две клети); 4 — отделение для трубопроводов и кабелей; 5 — вентиляционная труба
Способ опускной крепи получил дальнейшее развитие в виде способа погружения крепи в тиксотропной оболочке. Сущность его состоит в том, что в процессе погружения зазор между крепью и грунтом заполняют тиксотропным раствором, резко снижающим сопротивление трения. Тиксотропный раствор готовят из специальных видов глин. Он обладает способностью сохранять длительное время свои свойства, т. е. не расслаивается: в нем не выделяется осадок и не отделяется вода. Оказывая давление на стенки выработки, он предотвращает их обрушение или оползание.
Применение тиксотропной оболочки коренным образом усовершенствовало способ опускной крепи, обеспечило необходимую его надежность, снизило затраты времени на сооружение стволов, уменьшило трудоемкость работ, повысило производительность и улучшило условия труда проходчиков.
Необходимым условием применения опускной крепи является наличие водоупора под толщей проходимых неустойчивых грунтов.
Стволы с наращиванием обделки сверху на полную глубину обычно не проходят: преодолев толщу слабых неустойчивых грунтов, дальнейшую проходку в плотных грунтах ведут обычным способом с монтажом обделки подводкой колец снизу.
Из специальных способов по предварительному закреплению грунтов наибольшее распространение при сооружении стволов получило искусственное замораживание грунтов. Оно эффективно при проходке стволов в водонасыщенных песках, слабых глинистых грунтах и плывунах. Этот способ успешно применяют при ведении проходческих работ вблизи от зданий и сооружений, позволяя обеспечить их сохранность и безопасность работ.
Цементацию и глинизацию применяют при проходке стволов в сильнотрещиноватых скальных грунтах, хорошо проводящих воду, и в крупнообломочных (например, гравелистых) грунтах с большим притоком воды в забой.
Искусственное понижение уровня грунтовых вод для снижения притока воды при проходке стволов ведут при помощи пробуриваемых с поверхности скважин и глубинных насосов.
Источник
Способы проходки вертикальных шахтных стволов.
План
Общее понятие о вертикальных шахтных стволах.
2. Способы проходки вертикальных шахтных стволов
3. Технология проходки вертикальных шахтных стволов.
4. Техника безопасности при проходке вертикальных шахтных стволов.
Список использованной литературы. 1. Общее понятие о вертикальных шахтных стволах.
Вертикальным шахтным стволом называют горную выработку, соединяющую тоннель с поверхностью земли и предназначенную для обслуживания подземных работ в период строительства. Через ствол шахты осуществляют подъем на дневную поверхность грунта, спуск и подъем людей, он также служит для целей энергоснабжения, вентиляции и водоотлива.
Места расположения стволов обязательно увязывают с принятой системой вентиляции тоннелей для рационального их использования в качестве постоянных сооружений. При строительстве горных тоннелей стремятся использовать площадки с удобным подъемом, при строительстве метрополитенов выбирают места, наиболее свободные от городской застройки.
Материалом для обделки стволов шахт круглого поперечного сечения в зависимости от горно-геологических условий может быть монолитный бетон, сборный железобетон и в тяжелых горно-геологических условиях – чугунные тюбинги. При прямоугольном сечении в качестве материала используют дерево, иногда сборный железобетон.
Основными элементами шахтного ствола являются (рис. 1.1): устье ствола (оголовник) (1), вертикальный ствол (2), сопряжение ствола с околоствольным двором (3), водосборник (зумпф) (5), околоствольный двор (4). Устье ствола обычно сооружается в малоустойчивых грунтах, поэтому оно должно иметь достаточно надежную крепь, которая наряду с восприятием горного давления будет также воспринимать давление от копра, крана и других механизмов и машин.
Рис. 1.1 – Конструкция шахтного ствола
При проходке ствола в слабых грунтах (рис. 1.2, а) применяется конструкция устья с воротником (1) в виде железобетонной плиты. Цилиндрическая часть (2) устья при сборной обделке бетонируется вместе с первым кольцом тюбингов (3). В более крепких грунтах (рис. 6.2, б) устраивается устье из нескольких тюбинговых колец (6) обделки ствола, прикрепленных болтами к верхнему кольцу (4), которое опирается на бетонную подушку (5).
Рис. 1.2 – Конструкции устьев ствола: а – с воротником; б – из тюбинговых колец; в – из монолитного бетона
При монолитной обделке (рис. 1.2, в) сооружается опорный венец (башмак) (8) в виде уступа, выше которого располагается устье (7).
Околоствольным двором называют горизонтальную выработку, примыкающую к стволу и расположенную на уровне сооружаемых тоннелей, предназначенную для пропуска грузов, передаваемых – с горизонтальных выработок в ствол шахты, а также для вентиляции, водоотлива и др.
В зависимости от расположения относительно ствола шахты различают односторонний и двусторонний околоствольные дворы (рис. 1.3). Односторонний околоствольный двор представляет собой выработку диаметром 5–6 м (она может быть сводчатой формы), располагаемую с одной стороны шахтного ствола. Двусторонний околоствольный двор сооружается с обеих сторон ствола шахты. Длина одностороннего околоствольного двора составляет 18–20 м, а при двустороннем дворе с противоположной стороны добавляется еще 12–15 м.
Рис. 1.3 – Схемы околоствольных дворов: а – односторонний (тупиковый) околоствольный двор; б – двусторонний околоствольный двор; 1 – клетевой подъем; 2 – шахтный ствол; 3 – лесоспуск; 4 – ходок в насосную камеру, 5 – путевые съезды; 6 – рельсовые пути; 7 – подходная штольня; 8 – обходная штольня
Двусторонний околоствольный двор сооружают при больших грузопотоках, что соответствует проходке четырех-пяти тоннельных забоев диаметром до 6 м. Такие дворы устраивают у стволов шахт, обслуживающих сооружение станций метрополитенов.
До проходки ствола производится уточнение геологических и гидрогеологических условий сооружения ствола шахты, физико-механических свойств грунта, определение возможной величины притока воды. Для этой цели бурят три добавочные разведочные скважины по вершинам равностороннего треугольника, описанного вокруг сечения проектируемого ствола.
Место заложения шахтного ствола и способ его проходки выбирают с учетом инженерно-геологических условий по трассе тоннеля, рельефа местности, наличия и расположения наземных и подземных сооружений. В подготовительный период строительства маркшейдерская служба производит разбивку и вынесение оси ствола.
В случае сооружения ствола в затопляемый паводковыми водами зоне создают незатопляемую площадку, на которой предусматривается размещение всех необходимых устройств и обеспечение транспортной и телефонной связи. При невозможности устройства такой площадки устье шахты поднимают на 1 м выше максимального горизонта паводковых вод.
До начала сооружения ствола в зависимости от принятого способа проходки надо выполнить следующие работы: сделать устье ствола (воротник), соорудить участок ствола для монтажа проходческого оборудования (подвесного полка, устройств для монтажа обделки и погрузки грунта) и смонтировать это оборудование.
Сооружение устья (воротника) и верхнего участка ствола следует осуществлять в открытом котловане. Котлован разрабатывают с помощью грейфера и пневматических инструментов. Возведение сборной или монолитной обделки на всю высоту устья необходимо производить с использованием подвижного кранового оборудования.
Способы проходки вертикальных шахтных стволов.
В зависимости от устойчивости и водообильности грунтового массива различают обычные и специальные способы сооружения стволов.
Обычные способы проходки стволов глубиной до 50 м применяют в устойчивых грунтах: глинистых, гравиино-галечниковых, щебенистых и песчаных, расположенных выше уровня капиллярного поднятия воды, а также в крепких скальных грунтах при ожидаемом притоке воды в забое до 50 м 3 /ч.
Проходку стволов обычными способами глубиной более 50 м в устойчивых грунтах следует производить при притоках воды в забой до 8 м 3 /ч. При соответствующем технико-экономическом обосновании можно производить проходку стволов обычным способом при притоках воды в забой до 20 м 3 /ч с последующим подавлением и доведением притока до 8 м 3 /ч. Обычные способы являются основными и наиболее распространенными.
Специальные способы сооружения стволов шахт применяют в рыхлых, неустойчивых или плывунных грунтах, а также при пересечении крепких, трещиноватых водоносных грунтов. Выбор способа проходки стволов шахт специальным способом следует осуществлять на основании сопоставления технико-экономических показателей с учетом данных согласно СНиПа.
При обычных способах проходки различают проходку в крепких грунтах с применением буровзрывных работ и проходку в мягких грунтах, где разработку ведут с применением отбойных молотков или пневмоломов.
По глубине шахтный ствол разбивается на звенья, длина которых в зависимости от устойчивости грунтов принимается от нескольких метров до нескольких десятков метров. В зависимости от очередности производства работ в звеньях различают технологические схемы: последовательную, параллельную, параллельно-щитовую и совмещенную.
При последовательной схеме в каждом звене сначала производят выемку грунта, а затем возводят обделку. По окончании производят аналогичные работы в нижнем звене и т. д. Такая схема сооружения стволов шахт может быть рекомендована для стволов глубиной до 100 м, а также в неустойчивых и водоносных грунтах с применением специальных способов.
При параллельной схеме работы ведут в двух звеньях, в нижнем производят выемку грунта в направлении сверху вниз и при необходимости устанавливают временную крепь, в верхнем смежном звене с подвесного полка снизу вверх возводят обделку. Эту схему применяют при диаметре стволов более 4,5 м и глубине ствола более 250 м. Однако, в связи со сложностью работ, применение такой схемы ограничено.
При совмещенной схеме возведение сборной обделки входит в проходческий цикл. По этой схеме очередное кольцо обделки монтируют одновременно с уборкой грунта из забоя. Простота организации работ позволяет достигнуть высоких скоростей проходки. Совмещенная схема получила небольшое распространение и может быть рекомендована для сооружения стволов любых размеров поперечного сечения и глубины.
Сущность параллельно-щитовой схемы заключается в том, что обделка ствола возводится одновременно с выемкой грунта сверху вниз. Вместо временной крепи применяют щит из листовой стали толщиной 10–20 мм, высотой от 5 до 18 м, который по мере выемки грунта опускают. Обделку возводят сверху вниз с подвесного трехэтажного полка. Эта схема сооружения стволов может быть рекомендована только при достаточно устойчивых грунтах. Основным недостатком этой схемы является большая масса проходческого оборудования (150–180 т) и значительный срок его монтажа (5–6 месяцев и больше).
Источник
