Назначение стволов и их классификация

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ

Вертикальные горные выработки, имеющие выход на поверхность, называют шахтными стволами (далее стволами). Вертикальные горные выработки, не имеющие выхода на поверхность, называют слепыми стволами. В зависимости от своего назначения стволы подразделяются на эксплуатационные, строительные и разведочные. Эксплуатационные стволы предназначены для обслуживания в период эксплуатации всего шахтного поля или его части: крыла, блока, горизонта. В зависимости от положения относительно шахтного поля их подразделяют на центральные, фланговые и блоковые, а от основного функционального на- значения – на главные и вспомогательные. Главные стволы служат для выдачи полезного ископаемого. В рудной промышленности и называют рудоподъемными. Вспомогательные стволы предназначены для спуска-подъема людей (людские); материалов и оборудования (грузо-людские); выдачи породы (породные); вентиляции (воздухоподающие и вентиляционные); спуска закладки (закладочные); спуска леса (лесоспускные); водопонижения (дренажные); прокладки трубопроводов и кабелей различного назначения (трубно-кабельные), обеспечения запасного выхода и др. Часто стволы выполняют несколько функций одновременно. В этом случае из называют по главной из них. Строительные стволы используют для ускорения строительства подземного комплекса горных выработок шахты (рудника). В дальнейшем они могут быть переоборудованы для выполнения одной из указанных выше функций. К таким стволам относят и углубочные стволы, служащие для углубки эксплуатационных стволов в процессе разработки шахтного поля. Разведочные стволы используют для разведки или доразведки шахтного поля перед строительством шахты (рудника) или в период ее эксплуатации. Если в дальнейшем предусматривают использование разведочных стволов для целей эксплуатации, то их называют разведочно-эксплуатационными. Стволы могут иметь круглую (рис.1.1,а), прямоугольную (рис.1.1,б), криволикую (рис.1.1,в), эллиптическую (рис.1.1,г) и прямоугольную с выпуклыми короткими сторонами (рис.1.1,д) формы. Рациональность использования поперечного сечения ствола для разме- щения подъемных сосудов, лестничного отделения, труб и кабелей характе- ризуется отношением всей площади сечения ствола к полезной. Для указанных форм сечения стволов это соотношение составляет: прямоугольная – 1, криволикая – 1,22, эллиптическая – 1,27, круглая – 1,3. Несмотря на то, что прямоугольная форма позволяет наиболее рационально использовать площадь сечения ствола, она имеет ограниченное применение, так как обладает рядом существенных недостатков: низкой несущей способности крепи; большой трудоемкости высечки углов, особенно в крепких породах; сложности обеспечения водонепроницаемости и др. Стволы эллиптической и прямоугольной с выпуклыми короткими сторонами форм применяют только при их реконструкции с заменой деревянной или металлической крепи на монолитную или железобетонную, когда необ- ходимо сократить объем выемки породы. Шахтные стволы круглой формы поперечного сечения более удобны для организации и механизации проходческих работ, обеспечивают наибольшую устойчивость вмещающего породного массива, лучше противостоят давле- нию горных пород и хорошо герметизируются. В связи с этим они получили наибольшее распространение в практике шахтного строительства, несмотря на то, что круглая площадь поперечного сечения используется наиболее нерационально по сравнению с другими формами. Размеры поперечного сечения ствола определяют графическим методом с учетом площадей, занимаемых подъемными сосудами, лестничными отделением, трубами, армировкой, с соблюдением зазоров между ними, расстрелами и крепью ствола. Графически найденную площадь поперечного сечения ствола проверяют по условиям проветривания шахты. При этом скорость движения воздушной струи не должна превышать норм, установленных Правилами безопасности. Рис. 1.1. Формы поперечного сечения стволов 7 Диаметры поперечного сечения ствола в отечественной горнодобываю- щей промышленности принимают равными от 4 до 8 м и кратными 0,5 м. В угольной промышленности установлен унифицированный ряд сечений стволов с диаметрами 6, 7 и 8 м. В случае необходимости проходят стволы с диаметром поперечного сечения в свету 8,5 м и более. В горно-химической промышленности в основном проходят стволы диаметром в свету 6,0-7,5 м. При строительстве транспортных и гидротехнических сооружений пре- дусматривают стволы с диаметром в свету 5-6 м. На гидроэлектростанциях шинные и подъемные стволы проектируют диаметром 4,5-5,5 м, уравнительные – 10-15 м. В промышленном строительстве проходят стволы диаметром 20-40 м, но небольшой глубины. Глубина стволов зависит от глубины разработки полезного ископаемого и схем вскрытия шахтного поля. Стволы по глубине классифицируют на неглубокие – до 300 м, средней глубины 300-700 м и глубокие – более 700 м. Из общего числа сооружавшихся стволов в б. СССР в 1990 году неглубокие составляли 19%, средней глубины – 44%, глубокие - 37%. Средняя глубина проходимых стволов в угольной промышленности со- ставила 648 м, в горнорудной – 596 м, горно-химической – 396 м. Угольные шахты Подмосковного бассейна имеют стволы глубиной 80- 100 м, Кузнецкого и Львовско-Волынского бассейнов – 300-500 м, Донецкого и Карагандинского – 500-1400 м. В горнорудной промышленности глубина стволов изменяется от 200 до 1600 м. Стойленский и Михайловский горно-обогатительные комбинаты имеют глубину ствола 190-245 м, Соколово-Сарбайский и Гайский горно- обогатительные комбинаты, а также Запорожский железорудный комбинат №1 имеют стволы глубиной 310-425 м, горно-обогатительные комбинаты Криворожского бассейна – до 800 м. В Норильском горно-металлургическом комбинате на руднике "Ок- тябрьский" построено 10 стволов глубиной 800-1200 м, на руднике "Таймырский" – 6 стволов глубиной 1430-1585 м. В горно-химической промышленности глубина стволов составляет 300- 700 м. Глубина стволов при строительстве транспортных и гидротехнических тоннелей колеблется в пределах 150-600 м, тоннелей метрополитена – 30-50 м, коллекторных тоннелей – 10-40 м. В практике шахтного строительства максимальная глубина проходки стволов ограничивается возможностями используемых подъемных установок. В случае, когда проходческие подъемные установки не обеспечивают проходку ствола на проектную глубину, применяют мощные постоянные подъемные установки или двухступенчатые схемы подъема со строительством промежуточных подъемных установок. В современной практике проектирования шахт (рудников) число и место заложения стволов определяют путем оптимизации проектных решений объекта в целом, включая: мощность предприятия; способ и схему вскрытия шахтного поля и его частей; системы разработки пластов; порядок отработки шахтного поля, пластов, панелей, блоков; способ и схемы проветривания шахтного поля и его частей; схемы и средства основного и вспомогательного транспорта; схемы и средства дегазации, кондиционирования, водоотлива, закладочных работ; схемы и типы подъема по стволам; расстояние между горизонтами; размеры шахтного поля, блока; число горизонтов и блоков в шахтном поле и в одновременной работе и др. Определенные в оптимальном варианте места заложения стволов уточняют с учетом следующих основных факторов: возможности отчуждения земельного участка для строительства; наличия требуемых размеров санитарно-защитной зоны; горно-геологических и гидрогеологических условий проходки; защиты стволов от влияния горных работ с минимальной консервацией запасов полезного ископаемого в охранных целиках.

1.2. Способы проходки стволов Все применяемые способы проходки стволов можно разделить на обычный, специальные и проходку бурением. При проектировании способ проходки выбирают на основании анализа горно-геологических и гидрогеологических условий шахтного поля в месте заложения ствола и технико-экономического сравнения альтернативных вариантов. Обычный способ проходки стволов применяют в породах I-III категорий устойчивости (по классификации СНиП. Нормы проектирования подземных горных выработок). Отличительной особенностью этого способа является ведение проходческих работ без предварительного водоподавления или упрочнения вмещающих пород. Этим способом проходят стволы, в основном, с помощью буровзрывных работ и в отдельных случаях – проходческими комбайнами в породах с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова f.