Параллельная схема проходки стволов - перспективное направление развития технологии

Студ. Старченко Н.С., д.т.н., проф. Борщевский С.В., ДонНТУ, Донецк, Украина

Источник: Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып 16, – Донецк: «Норд – Пресс», 2010. – с. 15-17.

На территории бывшего Советского Союза вертикальные стволы шахт проходятся в основном по совмещенной технологической схеме с последующим армированием. Комбайновый способ достигал 10 — 15% общего объема проходки, но в последние годы практически не применяется в связи с выявленными конструктивными недостатками. За последние 20 лет значительного улучшения технико-экономических показателей не наблюдается. Отсутствие прогресса в области строительства вертикальных стволов объясняется, прежде всего, имевшей место затратной практикой строительства, при которой основные технические решения принимались на базе нередко устаревших проектов и нормативно-методических документов без достаточного технико-экономического обоснования.

Зарубежная практика строительства вертикальных шахтных стволов отличается большим разнообразием применяемых способов проходки (буровзрывной способ, эрлифтовое бурение, стволопроходческие комбайны и др.), технологий ведения работ, средств механизации, конструктивных решений крепи и армировки, обеспечивающих требуемые эксплуатационные качества и сроки строительства с минимальными капитальными затратами и расходами материальных и энергетических ресурсов.

Повышение технико-экономической эффективности строительства вертикальных стволов в нашей стране может быть достигнуто лишь путем разработки и внедрения эффективных технологий, базирующихся на современных достижениях отечественной и зарубежной практики. К ним, прежде всего, следует отнести параллельную технологическую схему проходки стволов буровзрывным способом с одновременным армированием.

Улучшение параметров проходки вертикальных стволов с помощью параллельной схемы проходки стволов может быть достигнуто за счет замены временной крепи из швеллерных колец с деревянной затяжкой стен ствола на набрызг-бетонную крепь. Сначала набрызг-бетонное покрытие толщиной 2—4 см наносят на стенки ствола непосредственно из забоя вслед за его подвиганием. Возведение монолитной бетонной крепи с подвесного полка производится при помощи передвижной опалубки в направлении снизу-вверх.

Набрызг-бетонное покрытие, нанесенное в качестве временной крепи из забоя ствола, обладает рядом преимуществ по сравнению с известными конструкциями временной крепи. Поскольку временная крепь из набрызг-бетона является составной частью постоянной крепи, на ее изготовление не требуется дополнительных капитальных и трудовых затрат. В связи с отсутствием такой операции, как демонтаж временной крепи, сокращается стоимость и трудоемкость 1 м сооружаемого ствола, а также создается резерв времени, благодаря которому возможно увеличение скорости проходки. Кроме того, в условиях крепких и трещиноватых пород применение временной крепи обычной конструкции вызывает значительные трудности, связанные с ее повреждением при взрывных работах и последующими затратами труда и средств на ремонтные работы. В ряде случаев применение металлических колец и деревянной затяжки оказывается вообще невозможным.

Набрызг-бетон представляет собой смесь цемента, крупного и мелкого заполнителей, воды, а также, в случае необходимости, добавок — ускорителей схватывания и твердения. К составляющим набрызг-бетона предъявляют такие же требования, как и к материалам для приготовления обычных бетонов. В качестве вяжущего могут быть использованы все разновидности портландцементов, соответствующие требованиям ГОСТ 10178—62. Находят применение и другие виды цементов — глиноземистый, быстротвердеющий (в зависимости от конкретных условий). При этом целесообразно применять высокомарочные цементы (марки 400 и 500)

В результате проведенных исследований лабораторных и опытно-промышленных помолов в лабораториях ВНИИОМШСа удалось получить быстросхватывающееся вяжущее (начало — конец схватывания 3—7 мин), способное быстро твердеть (прочность 50 кГ/см² в возрасте 2 ч и примерно 150 кГ/см² — в трехсуточном возрасте) и набирать высокую конечную прочность (250—350 кГ/см² в возрасте 28 суток).

Испытания различных партий специального вяжущего для набрызг-бетонирования, проведенные в лабораторных условиях в Криворожском филиале НИИОМШСа, показали следующие результаты: начало схватывания 2—6 мин, конец схватывания 3—9 мин, механическая прочность на сжатие при нормальной густоте цементного теста:

Этот же цемент при (полнейший расплыв) и перемешивании в течение 3 мин показал следующую механическую прочность на сжатие:

Эти данные показывают, что даже при полнейшем расплыве цементного раствора цемент быстро схватывается, имеет достаточную раннюю и высокую конечную механическую прочность

Это обстоятельство имеет весьма важное практическое значение— при ошибке сопловщнка в подаче воды для затворения сухой смеси все равно будет обеспечено схватывание, быстрое твердение набрызг-бетонного покрытия и его высокая механическая прочность.

Цементно-песчаные образцы состава 1:3 при показали следующую механическую прочность на сжатие:

Стендовые и производственные испытания специального цемента показали, что при его использовании примерно вдвое уменьшается отскок материалов, который составляет 7-9% против 15-20% при использовании обычных цементов. Кроме того резко уменьшается пылеобразование, что улучшает санитарно-гигиенические условия труда.

В дальнейшем планируется проанализировать рациональный состав бетонной смеси для постоянного крепления, выполнить компьютерное моделирование НДС массива ствола в зонах анкерования и разработать технологический регламент параллельной технологии проходки вертикальных стволов.

Литература