Ответы на вопросы по Основам горного дела. Ответы по Основам горного дела. 1. Принципы организации горностроительных работ. Пос и ппр
 Скачать 47.95 Kb.
|
|
8. Специальные способы строительства горизонтальных и наклонных выработок. В условиях постоянно ухудшающейся геологической и геомеханической обстановки обеспечение нормального эксплуатационного состояния горизонтальных выработок превратилось в сложную проблему. Несмотря на то, что в настоящее время применяется большое число самых разнообразных конструкций крепей для горизонтальных горных выработок, эта проблема остается одной из наиболее актуальны для горнобобывающей промышленности. Большинство из применяемых крепей весьма трудоемки в монтаже, малотехнологичны. Удельный вес трудозатрат на крепление в проходческом цикле составляет 35-50%. Поэтому, наряду с научно обоснованным применением известных конструкций крепи, созданием средств механизации процессов крепления, необходимо проведение исследовательских и проектно- конструкторских работ по созданию новых, в известном смысле нетрадиционных способов и средств, обеспечивающих нормальное эксплуатационное состояние выработок при снижении до минимума материальных и трудовых затрат, повышении производительности труда и сокращении сроков строительства. Важную роль в решении этих задач играет разработка нормативной документации, внедрение типовых проектных решений. В горнодобывающих отраслях промышленности, и в частности в угольной промышленности, уже много лет применяют типовые проекты сечений капитальных горных выработок с металлической арочной из спецпрофиля, монолитной бетонной и металлобетонной крепями. Разработаны и внедряются типовые проекты на крепление выработок анкерной крепью, железобетонной тюбинговой крепью и комбинированной крепью из анкеров и набрызгбетона. В горизонтальных и наклонных выработках применяют много видов и конструкций крепей. Ниже рассмотрены основные из них в соответствии с приведеной классификацией по материалу. Деревянная крепь имеет значительное распространение вследствие относительно высокой прочности древесины при небольшом объемном весе, легкости обработки, относительно низкой стоимости и простоты ремонта. В настоящее время деревом крепят около половины общей протяженности выработок, сооружаемых за год. Однако недолговечность, горючесть, склонность к загниванию и ограниченная несущая способность такой крепи являются причинами постепенного вытеснения ее металлической, сборной железобетонной, штанговой и другими видами крепи. Основным видом деревянной крепи горизонтальных выработок является крепежная рама, состоящая из верхняка и двух стоек (рис.1,а). Такую крепежную раму называют неполной. При слабых, в частности пучащих, породах в почве выработки дополнительно укладывается нижний элемент - лежень. Такую крепь называют полной крепежной рамой (рис.1,б). Крепежные рамы обычно бывают трапецевидной формы, реже – прямоугольной (рис.1,в)., а в отдельных случаях – в виде неправильной трапеции (рис.1,г).. При крепких породах в боках выработки, не требующих установки стоек, применяют потолочную (бесстоечную) крепь в виде верхняков, укладываемых в лунки в боках выработки (рис.1,д), на деревянные костры (рис.1,е) или металлические подвески, концы которых вставляют в короткие скважины, пробуриваемые в боках выработки у ее кровли. Элементы рам изготовляют из круглого леса диаметром 16-32 см. Крепежные рамы устанавливают либо вплотную одна к другой (сплошная рамная крепь), либо на расстоянии в осях 0.5-1.2 м (интервальная крепь). Рамы в выработках закрепляют при помощи клиньев, забиваемых между породой и элементами крепи в местах их сопряжения. При интервальной крепи кровлю и бока выработки затягивают обаполами или досками, которые ставят всплошную или вразбежку. Пространство между породой и затяжкой заполняют кусками породы – забутовкой, которая обеспечивает более равномерное распределение давления на крепь и ее плотное примыкание к породе. Нижние концы стоек неполных рам устанавливают в лунки глубиной 10-20 см. Рис.1. Деревянная крепь 1-верхняк; 2-стойка; 3-затяжка; 4-клинья; 5-забутовка; 6-лунка для стойки; 6-лежень Способ соединения крепежных рам выбирают в зависимости от условий их работы. При действии вертикального горного давления применяют соединение в лапу с прямым (прямая лапа) (рис. 2,а) или скошенным (косая лапа) (рис. 2,б) вырезом. Такие соединения имеют наибольшее распространение благодаря их простоте и возможности восприятия рамой как вертикального, так и небольшого бокового давления. При преобладающем боковом давлении применяют соединение в лапу несколько иной конструкции (рис. 2,в). При отсутствии бокового давления, а также при установки усиливающих конструкций крепи применяют соединение в паз (рис. 2,г). Соединение стоек и лежней выполняют в лапу (рис. 2,д) или в зуб (рис. 2,е). Обычные крепежные рамы считают жесткой крепью. Неполным рамам можно придать податливость до 10-12 см заострением концов стоек по форме конуса или клина (рис. 2,ж,з). При определенной нагрузке на раму заостренная часть стоек сминается и рама опускается. Податливость может быть обеспечена также путем установки верхняков на деревянные костры в результате смятия их элементов поперек волокон (рис. 1,е). При значительном горном давлении крепежные рамы усиливают установкой специальных распорных конструкций, которые способны работать эффективно только в случае значительного начального распора и до начала существенных деформаций элементов основной рамы. Такой способ усиления требует увеличения сечения выработки в проходке вследствие загромождения ее внутреннего сечения. 9. Углубка вертикальных стволов. Способы углубки. Система углубки наклонных стволов отличается от рассмотренной технологии углубки вертикальных стволов технологической схемой, которая определяет набор оборудования для проходки. Основным способом проведения стволов является буровзрывной. Для его реализации созданы проходческие. В комплекс входят: бурильная и породопогрузочная машина; оборудование для установки крепи, предохранительный полок, лебедки для откатки породы и доставки материалов и оборудования, насосы для откачки воды и трубопроводы. При углах наклона ствола до 18° применяют проходческие комбайны избирательного действия со стреловидным исполнительным органом. Технология углубки наклонного ствола. Последовательность выполнения производственных процессов при углубке стволов аналогична технологии проведения его с земной поверхности. Вентиляция. Проветривание забоя осуществляют по трубопроводу вентиляторами местного проветривания. Транспорт. Порода от проведения ствола грузится породопогрузочными машинами в вагонетки и при помощи канатной откатки ее доставляют на откаточный горизонт или на поверхность. 10. Способы разрушения горных пород при проходке горных выработок. Способ разрушения горных пород используют для проведения горных выработок любого назначения, формы и поперечного сечения. Способ включает формирование врубовой полости (любым из известных способов), обуривание вспомогательных, отбойных шпуров, расстояния между которыми строго определены, обуривание оконтуривающих шпуров, расстояние между которыми принимается равным rр (не более этой величины), и поочередную их отбойку с получением проектного контура проводимой выработки. 1 ил. Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке горных выработок. Известен способ проходки горных выработок с применением различных конструкций врубов и контурным взрыванием [1] . К основным недостаткам способа относятся: необходимость дополнительных экспериментальных работ при использовании предлагаемой схемы для изменяющихся горно-геологических и горнотехнических условий; нестабильность работы предлагаемого варианта при изменяющихся горно-геологических и горнотехнических условиях; большой объем удельных буровых работ (при контурном взрывании). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ проходки горных выработок, включающий бурение различных конструкций прямых врубов и расположение вспомогательных и оконтуривающих шпуров через расчетную ЛНС [2] . Недостатками способа являются: нет объяснения принципа построения схемы расположения вспомогательных и оконтуривающих шпуров по площади забоя (т. е. предлагаемый способ не оптимален); в расчет ЛНС принята эмпирическая зависимость, которая требует проверки для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий. Цель изобретения является повышение эффективности сооружения горной выработки за счет четкого (оптимального) распределения вспомогательных и оконтуривающих шпуров по площади забоя, четкого оконтуривания горной выработки, определения оптимального расхода принятого типа ВВ, определения оптимального расхода бурения для конкретных горно-геологических и горно-технических условий. С этой целью в известном способе проведения горных выработок, включающем формирование врубовой полости (любым из известных способов), бурение оконтуривающих шпуров по контуру проводимой выработки на расстоянии rp друг от друга (не более этой величины) с учетом возможности размещения последних по периметру выработки, бурение вспомогательных шпуров рядами, расстояние между которыми должно быть не более w1, а расстояние между шпурами в рядах должно быть не более rp1, после чего осуществляют поочередную взрывную отбойку горного массива в пределах проектного контура проводимой горной выработки. 11. Способы строительства горизонтальных выработок шахт и рудников. При проведении горизонтальных выработок применяют различные способы производства работ, определяемые физико-механическими свойствами горных пород, размерами поперечного сечения, сроком службы и назначением этих выработок. Способы, применяемые для проведения выработок в устойчивых горных породах, которые позволяют свободно обнажать забой и стенки выработки, называют обычными. Способы, применяемые для проведения выработок в слабых, неустойчивых горных породах (плывучих или сильнообводненных, сыпучих), а также в породах крепких, но дающих при пересечении их весьма большие притоки воды или газа, т. е. в сложных горно-геологических условиях, называют специальными. В однородной породе выработки могут проводиться по крепким или мягким породам. В крепких породах выработки проводят буровзрывным способом. При проведении в мягких породах возможно применение буровзрывных работ или комбайнов. Принятие решений в управлении разведкой и добычей полезных ископаемых, исходя из понятий кибернетики, сводится к управлению технологическими объектами и представляет собой непрерывную процедуру в системе с обратной связью. Схема процесса проведения горизонтальной горно-разведочной выработки (например, штольни), сформулированная на базе общих положений управления процессами (операциями) и формальной логики, представлена на рис. 108. Информация о внешних условиях и особенно их прогнозе, а частично, и информация о ходе управляемого процесса носит различный характер. Реже всего информация является детерминированной: процесс выработки решений при этом наиболее прост. В большинстве случаев информация в той или иной степени неопределенна, т. е. носит стохастический характер, а иногда характер противодействия. Выработка решений при этом сложна. При решении наших задач в большинстве случаев целесообразно искусственно перевести стохастическую информацию в детерминированную, что и чаще применяется. Выработка решений в такой постановке представляет собой более простую задачу и реальна для практического применения. Директива из вышестоящих инстанций о цели и задачах процесса- операции может быть в виде плана на проходку или изыскания резервов улучшения показателей проходки, т. е. выбор оптимального технологического варианта при ограниченных или неограниченных ресурсах, обоснование целесообразности применения нового комплекса оборудования и т. д. Конкретный вид критерия оптимальности выбирается в зависимости от задачи. При оценке критериев назначается один ведущий, остальные являются ограничивающими. 12. Принципы ново-австрийского метода строительства тоннелей. В 60-х годах австрийские инженеры Л. Рабцевич, Л. Мюллер и Ф.Пахер разработали новую технологию строительства тоннелей, получившую название "Новоавстрийский метод". Сущность его состоит в том, что с помощью специальной технологии ведения горных работ грунт, окружающий тоннель, включается в совместную работу с крепью выработки, образуя как бы замкнутое несущее кольцо. Этот рентабельный и технически совершенный метод распространен в Западной Европе и Японии при строительстве железнодорожных, автодорожных тоннелей и тоннелей метрополитенов в разнообразных грунтах, включая выветрелые, трещиноватые скальные, полускальные и песчано-гравелистые грунты. Новоавстрийский метод основан на использовании результатов исследований перераспределения напряжений и деформаций, возникающих в массиве после проходки выработки, а такие на применении эффективной крепи ее. Механизм статической работы податливо подкрепленной выработки с позиций указанного метода может быть представлен следующим образом. В первой стадии работы происходят упругие деформации контура с постепенно уменьшающимся давлением на податливую крепь. При дальнейшем перемещении контура наступает вторая стадия, при которой начинают развиваться пластические деформации, разрушающие грунт вблизи контура выработки и сопровождающиеся увеличением давления на крепь. Задача состоит в том, чтобы остановить перемещения контура в конце первой стадии и не допустить развития второй путем усиления крепи, придания ей большей жесткости. Этим создается возможность использовать прочный грунт приконтурной зоны, включить его в статическую работу системы "крепь-среда". Необходимым условием успешного применения метода является проведение в процессе проходки систематических измерений деформаций контура выработки и развивающегося давления на крепь, а также тщательное предварительное изучение физико-механических свойств грунтов. Кроме этого, необходимо строго соблюдать последовательность возведения замкнутой по форме податливой тонкослойной крепи, а также толщину и время возведения вторичной. Существенным здесь является то, что первичная и вторичная оболочки являются равноправными элементами окончательной обделки. Схема проходки тоннеля зависит от прочности и устойчивости грунтов. Проходка может производиться сплошным забоем или малыми уступами высотой 1,5–3,0 м длиной до 10–20 м. Грунт в забоях разрабатывают взрывным, механизированным способами или ручными пневматическими инструментами. Непосредственно после разработки грунта на заходке (при взрывном способе – после проветривания забоя и оборки грунта в кровле) устраивают податливую первичную обделку, состоящую из арок или слоя набрызгбетона толщиной 3–7 см, что способствует сохранению прочностных характеристик грунтов вблизи контура выработки. Затем постепенно в соответствий с результатами наблюдений за поведением контура ее усиливают анкерами, вторичным слоем набрызгбетона. Общая толщина первичной оболочки из набрызгбетона может составлять в среднем 10–20 см. К концу первой стадии работы системы "крепь-грунт", когда прекращаются упругие деформации контура, возводят вторичную стабилизующую бетонную обделку толщиной 25–35 см. 13. Горный способ строительства тоннелей. Горный способ строительства тоннелей заключается в закрытой проходке, при которой все работы ведут без нарушения поверхностных условий. При этом осуществляется последовательная разработка породы в тоннеле, с установкой временной крепи, под защитой которой возводят тоннельную обделку. В практике тоннелестроения применяют различные горные способы, которые условно можно разделить на две группы: механизированные и немеханизированные. К первой группе относят способы сплошного забоя, ступенчатого забоя, нижнего уступа и новый австрийский (НАТМ). Во вторую группу включают способ полностью раскрытого профиля (австрийский), опертого свода (бельгийский), опорного ядра (германский), центральной штольни и др. Механизированные способы основаны на применении высокопроизводительного крупногабаритного горнопроходческого оборудования для разработки, погрузки и транспортировки породы, а также возведения обделки. При этом тоннельную выработку раскрывают крупными элементами и закрепляют облегченной временной крепью. Немеханизированные (полумеханизированные) способы предусматривают поэтапное раскрытие выработки с установкой громоздкой деревянной веерной крепи. Все горнопроходческие операции выполняют с применением ручного труда. Учитывая высокую трудоемкость работ и низкие темпы проходки немеханизированные способы в настоящее время применяют при сооружении коротких участков тоннелей, а также щитовых, дренажных и вентиляционных камер. Немеханизированная разработка породы востребована на восстановительных работах при аварийных ситуациях, когда невозможно применение крупногабаритной техники из-за стесненных условий. |