Шахтное и подземное строительство. Ч.I Оснащение вертикальных стволов

Министерство образования Российской Федерации Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

П.С. Сыркин, И.А. Мартыненко, А.Ю. Прокопов

ШАХТНОЕ И ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО Часть I Оснащение вертикальных стволов

Новочеркасск 2000

ББК УДК 622.258 Рецензенты: доктор техн. наук, проф. Н.С. Булычев (ТулГУ) доктор техн. наук, проф. М.Н. Шуплик (МГГУ)

Авторы: Сыркин П.С. (гл. 1-14); Мартыненко И.А. (гл. 1-3); Прокопов А.Ю. (гл. 12,13); Шахтное и подземное строительство. Ч.I Оснащение вертикальных стволов.: Учеб. пособие/Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. 300 с. ISBN Содержит общие сведения о проектировании и строительстве вертикальных стволов шахт, описание и характеристики основного и вспомогательного оборудования, применяемого при проходке и креплении стволов. Включает алгоритмы и примеры инженерных расчетов тепло- и электроснабжения, параметров вентиляции и пневматических сетей на период проходки вертикальных стволов. Предназначено для студентов специальности 0904 "Шахтное и подземное строительство".

С

Без объявл. ISBN

УДК 622.258

© Шахтинский институт ЮРГТУ, 2000 © Коллектив авторов, 2000

ПРЕДИСЛОВИЕ Современная шахта это – высокомеханизированное и автоматизированное горнодобывающее предприятие со сложным горным хозяйством, требующим постоянно поддержания и воспроизводства. В объеме горнопроходческих работ всего комплекса горных выработок строительство стволов занимает особое значение как для вскрытия месторождения в целом и рабочего горизонта в частности, так и в технологическом процессе добычи полезного ископаемого. Вертикальные стволы шахт являются уникальными инженерными сооружениями по масштабу и сложности решаемых технических задач в период строительства и эксплуатации. При строительстве и реконструкции горных предприятий выполняются значительные объемы строительно-монтажных работ на поверхности шахты и сооружению капитальных горных выработок. В этом комплексе работ наиболее сложными и трудоемкими являются работы по сооружению вертикальных стволов, на долю которых приходится 20-25% стоимости и 30-50% общей продолжительности строительства. С ростом добычи и срока службы, горные предприятия вовлекают в эксплуатацию запасы на все большей глубине. В настоящее время глубина отработки запасов в Кузбассе перешагнула 700 м, а в Российском Донбассе 1200 м. И естественно, что горно-геологические условия все более усложняются, а степень сложности этих условий в основном определяется газообильностью, наличием горных ударов, внезапных выбросов, устойчивостью пород при обнажении, температурой вмещающих пород и водообильностью. Наиболее сложные условия для сооружения стволов имеют место при проходке в обводненных, слабоустойчивых породах. Соответствующие условия требуют специальных способов проходки или осуществления технических мер по водоподавлению и упрочнению вмещающих пород вокруг выработки. Сооружение стволов в сложных условиях требует самой высокой квалификации специалистов-шахтостроителей. Особое внимание при проектировании организации строительства угольных шахт и других горнорудных предприятий должно уделяться выбору и конструктивным решениям по применению проходческого оборудования, размещаемому в стволе и на поверхности. После утверждения проектных решений, соответствующей схемы проходки и вида оборудования для проходки ствола ведутся работы по строительству линий электропередач, связи, прокладки трубопроводов, работы по водоподавлению, а также монтаж горнопроходческого оборудования вокруг ствола, над стволом и в стволе. В процессе комплекс этих работ называется оснащением стволов. Оснащение стволов составной частью входит в подготовительный период строительства и является одним из самых ответственных и важных этапов, в значительной степени определяющей успех строительства предприятия в целом. 3

Поэтому особое место в данном пособии отведено технологии оснащения вертикальных стволов на угольных шахтах. Обоснование вариантов оснащения для конкретных условий, схем проходки для планируемых темпов, организация высокопроизводительной и безопасной работы являются главными задачами горного инженера-шахтостроителя. Для более четкого понимания последовательности ведения производственного процесса строительства горного предприятия в целом и вертикальных стволов как объектов всей стройки в учебном пособии приводятся основные проектные документы, по которым начинается и ведется строительство, а также основные сведения о проектировании. Для того чтобы начать строительство, необходимо иметь четкое представление о будущем горном предприятии, о наилучших способах организации строительно-монтажных и проходческих работ, о связи всех процессов, обеспечения материальных, энергетических, кадровых ресурсов во времени и пространстве. Эта задача решается в процессе проектирования. Проектированием и строительством вертикальных стволов занимаются горные инженеры-строители. Государственным образовательным стандартом предусматривается изучение специальной дисциплины "Шахтное и подземное строительство", одним из разделов которой является "Технология строительства вертикальных стволов". В помощь студентам специальности 090400 "Шахтное и подземное строительство" издается настоящее учебное пособие. В нем последовательно изложены основные технологические процессы строительства вертикальных стволов, машины и оборудование на поверхности и в стволе, здания и сооружения, необходимые при сооружении технологической и протяженной частей стволов, приствольных камер и армирования, виды и материалы крепей, технология их возведения и организация работ при проходке ствола. Изучение студентами данной дисциплины базируется на знании основ математических и естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин. Усвоив дисциплину, студенты должны уметь составлять проект производства работ на строительство вертикального ствола, который бы отвечал горно-геологическим и производственно-техническим условиям, обеспечивая высокие технико-экономические показатели и безопасные условия труда.

4

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ 1.1.Назначение стволов и их классификация 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 назначения – 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 (трубокабельные), 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 размещения подъемных сосудов, лестничного отделения, труб и кабелей характеризуется 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 при5

менение, 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 необходимо 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 давлению 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.

Рис. 1.1. Формы поперечного сечения стволов

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. 6

Диаметры поперечного сечения ствола в отечественной горнодобывающей 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 предусматривают 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 составила 648 м, в горнорудной – 596 м, горно-химической – 396 м. Угольные шахты Подмосковного бассейна имеют стволы глубиной 80100 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 горнообогатительные 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 "Октябрьский" построено 10 стволов глубиной 800-1200 м, на руднике "Таймырский" – 6 стволов глубиной 1430-1585 м. В горно-химической промышленности глубина стволов составляет 300700 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. 7

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; наличие 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<10. К специальным способам проходки стволов относят: проходку способом искусственного замораживания горных пород, с применением тампонажа горных пород, с водопонижением, применением опускных сооружений и др. Стволы в породах IV категории устойчивости независимо от величины ожидаемого притока воды проходят специальными способами, обеспечивающими повышение устойчивости и водопроницаемости горных пород. При проходке стволов в породах I-III категории устойчивости при сум8

марном притоке воды в ствол более 8 м3/ч все водоносные горизонты, породы которых поддаются тампонажу, предварительно тампонируются из забоя или с поверхности. В случае если водоносные породы не поддаются тампонажу, то применяют водонепроницаемые крепи. Опускные сооружения для проходки стволов применяют при пересечении рыхлых и неустойчивых пород, в том числе с включением крепких пропластков в неводоносных породах, а также в аналогичных водоносных породах при наличии гидростатического давления не более 0,1 МПа. Их используют, как правило, в комплексе с мерами по ограничению притока воды в ствол - водопонижением. К опускным сооружениям относят опускные крепи, опускные колодцы и вертикальные щиты. 1.3. Современное состояние строительства вертикальных стволов В горнодобывающей промышленности бывшего СССР в 1980-х годах ежегодно проходили в среднем 22 тыс. м стволов, из которых 80-90% составляла проходка новых стволов и 10-20% – углубка. Наибольшее распространение получил буровзрывной способ проходки по совмещенной технологической схеме (95-98%) с последующим армированием. Эта схема является наиболее простой, универсальной и обеспечивает комплексную механизацию проходческих работ на базе имеющегося оборудования. Объемы механизации работ по погрузке породы в стволе с механическим вождением грейфера и бурением шпуров механизированными установками достигли соответственно в угольной промышленности 93 и 89%; в горнорудной промышленности – 87 и 77%. Подавляющее большинство стволов (более 90%) крепят монолитным бетоном и железобетоном с помощью передвижных металлических опалубок сверху вниз вслед за подвиганием забоя со спуском бетонной смеси по трубам с поверхности. Комбайновый способ проходки достигал 10-15% общего объема стволов, проходимых в угольной промышленности. При комбайновом способе средняя техническая скорость проходки ствола достигала 57,7 м/мес., а производительность труда проходчиков – 5,74 м3/чел-смену. Однако стоимость проходки в 2-3 раза превышала среднюю, полученную при буровзрывном способе. Таким образом, можно предположить, что в ближайшие 10-15 лет в России и странах СНГ буровзрывной способ проходки будет основным при строительстве стволов. Анализ динамики изменения технико-экономических показателей проходки стволов на примере угольной промышленности б. СССР свидетельствует, что существенного улучшения их средних показателей за последние 20 лет не наблюдается. Одновременно возросли стоимость, материалоемкость и 9

продолжительность строительства. Сложившаяся ситуация не может быть объяснена исключительно возросшими средними величинами глубины (на 10%) и диаметра в свету (на 8%) проходимых стволов и свидетельствует о необходимости решения ряда организационно-экономических проблем, общих для народного хозяйства. Общие для всей экономики и промышленности страны кризисные явления не миновали и шахтное строительство, в частности – проходку стволов. За последние годы резко сократился объем и технико-экономические показатели проходки вертикальных стволов шахт. Суммарное количество стволов в проходке и годовой объем проходки по основным угледобывающим странам СНГ в 1993г. был в 2-2,5 раза ниже уровня 1987г. (табл.1.1). Среднетехническая скорость проходки стволов сократилась в 1,2-1,9 раза. Таблица 1.1 Основные показатели проходки стволов шахт (без углубки) Показатель Число стволов в проходке (в том числе с комплексами) Объем проходки за год, км

Средняя глубина ствола, м Среднемесячная техническая скорость проходки, м/мес

Страна СССР Россия Украина Казахстан СССР Россия Украина Казахстан СССР Россия Украина Казахстан СССР Россия Украина Казахстан

1987 1988 97 (59) 91 (56)

1989 -

1990 67 (41)

1991 21 30

13,8

613

46,2

12,4

686

49,7

11,5

694

49,8

1992

1993

17(7) 13(5) 24 (15) 24 (16) 6(3) 5(4)

8,5 2,08 3,18 0,81

2 3,2 0,69

1,9 2,56 0,86

558 899

557 915 741

624 986 722

34 33,5 43,5

33,6 35,9 42

25,6 37,1 40,1

734

44,1

Ухудшение технико-экономических показателей проходки стволов наряду с увеличением их глубины (Россия – 624 м, Украина – 986 м, Казахстан – 722 м), диаметра (средний диаметр – 7 м, количество стволов диаметром 7 м и более – 79%) и сокращением количества проходок, оснащенных комплексами (60%), требует тщательного анализа и поиска новых технических решений по проходке вертикальных стволов шахт.

10

2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ШАХТ И СТВОЛОВ 2.1. Понятие проекта и проектирования Развитие рыночных отношений во всех отраслях предопределил качественно новый подход в проектировании и строительстве горных предприятий в целом и угольных шахт в частности. Особенность этого периода определена требованиями рынка производить конкурентоспособную продукцию, а следовательно, повышения технико-экономической эффективности закладываемых в проекте научно-исследовательских, конструктивных и инженерных решений в практике добычи угля. Формула проекта с учетом экономической целесообразности должна быть предельно проста: Грамотные инженерные решения плюс высокая производительность будущего предприятия позволяют иметь конкурентно способную продукцию на рынке. Проект шахты представляет собой комплект надлежащим образом оформленной проектной документации, отражающей модель будущего предприятия. Проектная документация создается коллективом специализированного института, имеющего лицензию. Проектированием называется творческий процесс коллективов специализированных институтов по созданию проектов на основе проектного задания, исходной горно-геологической и научной информации. Важнейшими составляющими в этом процессе являются поиск нужной информации и выбор из этой информации наиболее важной для принятия оптимального решения. Процесс проектирования угольных шахт является процессом разработки систем, обеспечивающих эффективную работу будущего предприятия, которое должно удовлетворять важнейшим критериям, соответствующим мировому уровню: ликвидности (окупаемости) проекта будущего предприятия, максимальной механизации, автоматизации, соблюдению правил безопасности и высокой производительности. В условия инженерной задачи входят: цель, ограничения и исходные данные. Цель – идеальное, мысленное предвосхищение существующих результатов деятельности. В проектировании любого производства, в том числе шахты, целью является будущее предприятие, превосходящее по результатам существующие. Ограничения – нормативы и события, которые влияют на результаты деятельности, ограничивая его определенными требованиями. При проектировании шахты в угольной промышленности существует целый ряд определенных решений, обязательных к применению, определяемых правилами безопасности, отраслевыми инструкциями, накопленным опытом, а также горно-геологическими и горнотехническими условиями. 11

Исходные данные – это параметры, которые необходимы для создания проекта и существуют объективно. Обычно задачу формируют в виде задания на проектирование, которое отражает основные экономические, технические и социальные параметры будущего предприятия или процесса. Задание на проектирование горного предприятия выдается заказчиком проектной организации на основе геологических изысканий, экономической целесообразности, а также исходя из генеральной схемы развития региона. В задании указывают исходные данные, необходимые для проектных работ. В современном проектировании имеет место две стадии разработки проектной документации: 1. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) или проект строительства. 2. Рабочий проект. 2.2. Технико-экономическое обоснование Технико-экономическое обоснование (ТЭО) представляет собой документ, определяющий техническую возможность и экономическую целесообразность строительства. В ТЭО аргументировано обосновываются и представляются основные показатели будущего предприятия: мощность, производительность, стоимость, единичные и общие нагрузки, ассортимент выпускаемой продукции, вопросы обеспечения рабочей силы и квалификационный состав, транспортные схемы, обеспечение водой, электроэнергией, теплом. Наиболее тщательные расчеты должны быть представлены по расходно-доходной части и ликвидности всего проекта. Следует отметить, что расчетная стоимость строительства, представленная в технико-экономическом обосновании, должна быть проработана настолько основательно, что после устранения замечаний экспертов и утверждения в дальнейшем проектировании не должна быть превышена. При разработке технико-экономического обоснования должны учитываться новейшие достижения отечественной и зарубежной науки и техники с тем, чтобы вновь построенное горнодобывающее предприятие имело высокую, передовую техническую оснащенность и экономическую эффективность. В ТЭО подлежат экономической оценке транспортные схемы, использование водных ресурсов, энергетики, земельные участки, намеченные к отчуждению, и природные богатства, которые в результате строительства могут быть потеряны или пострадать. В технико-экономическом обосновании прорабатывается влияние будущего предприятия на окружающую среду и вопросы локализации или компенсации этого влияния. ТЭО проходит ведомственную, региональную, экологическую и Государственную экспертизы. Все эти экспертные организации обязаны иметь соответствующие лицензии. ТЭО представляется на согласование в различные государственные службы и инспекции (Госгортехнадзор 12

России, пожарную службу, санэпидемнадзор, инспекцию по охране окружающей среды и водного бассейна и т.д.). После доработки и устранения аргументированных замечаний ТЭО институтом-проектировщиком представляется на утверждение. Утвержденное ТЭО служит основанием для составления заказчиком задания на проектирование. 2.3. Выбор строительной площадки При разработке ТЭО заказчиком, институтом-проектировщиком, генеральным подрядчиком и другими заинтересованными организациями осуществляется выбор площадки под будущее предприятие. Для выбора площадки заказчиком создается комиссия. Состав этой комиссии устанавливается заказчиком проекта, но с обязательным участием администрации местных органов самоуправления и органов государственного горного надзора. Площадка для строительства будущего предприятия выбирается в соответствии с требованиями земельного, водного, лесного и других действующих на данный период законодательств, а также с учетом проектов районной планировки и экономической целесообразности. Выбор осуществляется на основе материалов инженерных изысканий с учетом геолого-структурных и технологических особенностей строительства. До разработки ТЭО проектная организация с участием заказчика получает предварительные технические условия на подключения проектируемого предприятия к источникам снабжения водой, электроэнергией, связью, транспортными коммуникациями. Технические условия тщательно анализируются, обследуются, а также выполняется технико-экономическое сравнение вариантов размещения объекта и выбор оптимального варианта. При выборе площадок учитываются затраты на снятие и хранение плодородного слоя почвы, приведение представленных во временное пользование площадок и трасс в первоначальное состояние для использования по назначению, а также убытки и потери сельскохозяйственного производства, вызванные изъятием земельных участков. Заключительным документом выбора площадки строительства будущего предприятия является акт выбора площадки, который подписывается всеми членами комиссии, утверждается областной администрацией, занимающейся данной отраслью, и заказчиком проекта. После утверждения акта выбора площадки строительства будущего предприятия заказчиком утверждается задание на проектирование. Акт о выборе площадки является основным документом о согласовании намеченных проектных решений о подключении предприятия к инженерным сетям. При выборе площадки необходимо руководствоваться основными требованиями и условиями: место площадки по возможности должно быть не на пахотных землях. В современных условиях выкуп и аренда пахотной земли обходится очень дорого; 13

площадка должна быть расположена, если это возможно, как можно ближе ко всем инженерным коммуникациям и населенным пунктам; размеры площадки должны соответствовать производственной мощности предприятия по добыче полезного ископаемого и предусматривать обоснованное развитие на перспективу. Плотность застройки должна соответствовать требованиям СНиП; место расположения площадки по горно-геологическим факторам должно быть приоритетным по сравнению с другими и соответствовать следующим требованиям: – вскрытие месторождения должно быть осуществлено с меньшими потерями полезного ископаемого при отработке с учетом гипсометрии и геологических нарушений; – место для закладки стволов должно обеспечивать проходку до проектной глубины и с минимальным пересечением геологических нарушений; – при проектировании необходимо избегать закладки стволов в плывунах и мощных наносах. Выбор площадки под строительство чрезвычайно важен для экономичной эксплуатации будущего предприятия. Это предопределяет необходимость обоснования выбора методом сравнения нескольких вариантов. На основе оформленного акта выбора площадки и принятия решения о начале строительства производится оформление земельного и горного отводов. Горным отводом называется часть земных недр, предоставляемых будущей шахте для промышленной разработки, включающих в себя пласты угля, находящиеся в пределах шахтного поля. Отвод земельного участка производится администрацией районов или городов не позже месячного срока после предоставления документов о разрешении на строительство. Если на отведенном под строительство горного предприятия участке в течении двух лет не начато строительство, то участок может быть изъят и передан другому заказчику. Одновременно с проектом институт разрабатывает основной документ по отводу площадки под строительство, этот документ носит название "Проект отвода земель". В состав этого проекта входит: ситуационный план расположения строительства; сводный план отвода земель; генеральный план поверхности шахты; схема планировки строительной площадки, пояснительная записка. На сводный план отвода земель наносят: границы всех участков, отведенных под строительство (промплощадка, автомобильные и железные дороги, электроподстанции и линии ЛЭП, инженерные коммуникации и водозаборы, отводы, отвалы породы и т.д.); границы всех землепользователей и их название; сводная таблица отвода земель с распределением их по объектам землепользователей 14

2.4. Задание на проектирование Задание на проектирование шахты составляется заказчиком утвержденного технико-экономического обоснования. Заказчик, как правило, привлекает для составления задания проектный институт, так как качество выполненного проекта в большей степени зависит от качества составленного задания. Основные данные и требования задания на проектирования изложены в СНиП. В задании на проектировании шахты указывается: наименование предприятия, здания или сооружения; основание для проектирования; район, пункт и площадка строительства; полное наименование заказчика; мощность предприятия на полное развитие с указанием пусковых комплексов; номенклатура продукции по ее основным видам; развернутые характеристики полезного ископаемого; требования к качеству продукции и ее назначение; потребители полезного ископаемого; геологические материалы, на основании которых должно проектироваться предприятие; режим работы будущего горного предприятия; основные источники обеспечения будущего горного предприятия теплом, водой, электроэнергией, газом, сырьем; условия очистки и сбросы хозяйственно-фекальных и шахтных вод; основные технические условия по добыче (нагрузка очистного забоя в сутки), себестоимость продукции, производительность труда; автоматизация и механизация производственных процессов; намечаемые сроки строительства, порядок его осуществления и ввода мощностей по очередям; требования на восстановления земель; наименование генеральной проектной организации; наименование генерального подрядчика и другие особые требования заказчика. Кроме задания на проектирование заказчик проекта должен выдать проектной организации (в объеме и в сроки, установленные договором) отчет по результатам геологических работ, проведенных на месторождении, а также протокол утверждения запасов полезного ископаемого и исходные материалы по виду добываемого топлива. Кроме того, выдаются обмеры и технические данные о существующих зданиях, сооружениях, подземных и надземных коммуникациях на площадке строительства. Особое место по значимости среди всех документов необходимых для проектирования имеют исходные геологические исследования. 15

2.5. Геологическая оценка месторождения Решение о возможности строительства горного предприятия принимается, прежде всего, на основе геологической оценки месторождения, позволяющей определить общие особенности и качественные характеристики угля. От мощности пластов и их количества зависит раскройка шахтного поля, порядок отработки и целесообразность разделения его на блоки. Угол падения, мощность пластов, их количество, газообильность во многом определяют схему вскрытия и порядок отработки. Так, например, при пологом залегании пласта и незначительной глубине целесообразнее принять вскрытие месторождения наклонными стволами, как на шахте "Шерловская-Наклонная", а при значительной глубине – вертикальными стволами, как на шахте "Обуховская №1" ОАО "Донской уголь" в Восточном Донбассе. Запасы угля разделяются на две группы: Балансовые – запасы, использование которых экономически целесообразно. Забалансовые – запасы, добыча которых в настоящее время экономически нецелесообразна. В проектах угольных шахт определяются также промышленные запасы. Промышленные запасы – это разность между балансовыми запасами шахтного поля и суммой эксплуатационных потерь. Эксплуатационными потерями считаются потери в целиках под промплощадкой, в барьерных и охранных целиках, тектонических нарушениях и потерях, зависящих от принятых системы разработки и технологии добычи. Запасы угля по степени их разведанности, изученности, качества сырья и горнотехнических условий подразделяются на четыре категории – А, В, С1 и С2. К категории А относятся запасы углей, качество и технологические свойства которых достаточно хорошо изучены и позволяют принять решения о целесообразности строительства шахты. В детальной разведке, кроме общих характеристик, указываются: марка угля, зольность, влажность, газоопасность, газо-термические условия, наличие серы и других примесей, характеристики вмещающих пород, гидротермические характеристики шахтного поля и другие. К категории В относятся также достаточно изученные запасы, однако детали тектоники здесь требуют уточнения. При категории разведанности В возможны наличия локальных нарушений, зон разломов, утонения пластов и т.п. К категории С1 относятся запасы углей, заключенные в пластах, у которых данные о мощности, строении и степени выдержанности, условиям залегания, определены в общих чертах; качество угля и направления их промышленного использования изучены предварительно в основном методом аналогии с учетом общих геологических данных. К категории С2 относятся запасы углей, заключенные в пластах, у которых представление о мощности, строении, залегании, качестве приняты на основании общих геологических данных по отдельным точкам вскрытия скважинами или по аналогии с примыкающими разведанными площадями. 16

Результаты разведки месторождения геологоразведочные организации представляют на рассмотрение и утверждение в государственный комитет запасов России(ГКЗ), решения которого по утверждению запасов являются обязательными для всех учреждений, организаций и предприятий, ведущих горнодобывающие и горно-разведочные работы, независимо от форм собственности и ведомственной принадлежности. Проектная организация до начала проектирования обязана изучить достоверность данных, представленных геологоразведочной организацией в геологическом отчете. В случае, если геологический отчет не содержит какихлибо данных, необходимых для разработки проекта, проектная организация вправе возвратить отчет для доразведки и пополнения. 2.6. Рабочий проект строительства шахты В практике шахтного строительства и проектирования горных предприятий пользуются трехстадийным проектированием. В таком случае проектная организация выпускает: технико-экономическое обоснование, проект строительства шахты и рабочий проект строительства. В настоящее время проектные организации, опираясь на зарубежный опыт, реализуют двухстадийное проектирование, включающее разработку технико-экономического обоснования и рабочего проекта строительства. Рабочий проект строительства шахты содержит в себе инженерные решения, экономические обоснования и сведения, необходимые и достаточные для строительства горного предприятия. В состав проекта на новое строительство, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий входят следующие разделы.

Общая пояснительная записка. В записке аргументировано приводятся проектная мощность; краткая характеристика шахты в целом и объектов, входящих в ее состав; геологическая характеристика шахтного поля и пластов; организация производства; численность персонала по профессиям; оснащенность рабочих мест, производительность трудящихся будущего предприятия; нагрузка на очистной забой; количество очистных и подготовительных забоев; календарный график отработки поля шахты при заданной мощности; экономические показатели производства; эффективность использованных в проекте достижений науки и техники; потребность в топливе, воде, электрической и тепловой энергии; организация и сроки строительства.

Генеральный план и транспорт. В данном разделе дается краткая характеристика района и площадки строительства; приводятся решения и показатели по генеральному плану, внутриплощадочному и внешнему транспорту.

Технологические решения. Это один из основных разделов, в котором разрабатываются и представляются аргументированные обоснования мощности горного предприятия, применяемой техники и технологии, нагрузки на 17

каждый очистной забой в сутки и предприятия в целом. По определенным параметрам обосновывается и представляется качество продукции, которую должно выдавать из шахты или обогатительной фабрики горное предприятие.

Управление предприятием. В разделе должны быть кратко разработаны и представлены формы и методы управления и функции управленческого аппарата, определены его численность и численность всего инженернотехнического персонала.

Организация строительства. Главной задачей этого раздела проекта является определение календарной последовательности строительства горных выработок, численности строителей и горняков; обеспечение вентиляции строящейся шахты в разные периоды строительства; с учетом темпов проходки выработок и строительства объектов на поверхности шахты устанавливается кратчайший срок ввода предприятия в эксплуатацию. Проект организации строительства – один из наиболее сложных разделов, он увязывает все стадии строительства во времени и пространстве, выраженные в планах и графиках производства работ. Сокращение сроков, более быстрый ввод в действие горного предприятия – одна из главных задач проекта организации строительства. В процессе строительства горного предприятия к разделу проекта "Организация строительства" постоянно обращаются для расчетов вентиляции, транспортных схем, темпов проходки и связанных с ними сроков. По этой причине приведем более подробное содержание раздела. Раздел оформляется в отдельную книгу, входящую в том I. Полное название, практически всегда, обозначается следующим образом: Технико-экономическое обоснование строительства шахты ("Кадамовская" ОАО "Донуголь") Том 1 Книга 3 Пояснительная записка Раздел 9. Организация строительства. В этом разделе пояснительной записки указывается перечень действующих чертежей, приводятся общие сведения, исходные данные и расчеты. В целом раздел состоит из следующих параграфов: 9.1. Исходные данные 9.2. Общие сведения об объекте и условиях его строительства 9.3. Ситуационный план строительства 9.4. Строительный генеральный план 9.5. Календарный план строительства 9.6. Продолжительность строительства 9.7. Темпы проведения горных выработок 9.8. Сетевой график строительства 9.9. Организационно-технические мероприятия 9.10. Методы производства работ 9.11. Методы возведения зданий и сооружений 9.12. Монтаж оборудования 9.13. Технико-экономические показатели 18

Каждый параграф должен содержать сформулированные сведения, исследования, расчеты, рекомендации и требования для ведения работ по строительству предприятия и каждого объекта. Так например: §9.9. "Организационно-технические мероприятия" содержит ряд подразделов: 9.9.1. Производственная база строительства 9.9.2. Жилой фонд шахтостроителей и социально-бытовое обслуживание 9.9.3. Складское хозяйство 9.9.4. Временное электроснабжение 9.9.5. Временное водоснабжение 9.9.6. Временное теплоснабжение 9.9.7. Временная телефонная связь и диспетчеризация 9.9.8. Потребность в основных строительных материалах и конструкциях, изделиях и оборудовании 9.9.9. Потребность в трудовых ресурсах 9.9.10. Вентиляция 9.9.11. Водоотлив 9.9.12. Подземный транспорт 9.9.13. Механизация проходческих работ 9.9.14. Борьба с пылью и противопожарная защита горных выработок 9.9.15. Специальные мероприятия по безопасности

Таким образом, каждый подраздел должен содержать все составляющие технических решений, обеспечивающих успешное строительство.

Охрана окружающей природной среды. Этот раздел содержит технические решения по охране воздуха от загрязнения, водоемов, малых и больших рек от вредных выбросов и загрязненных стоков, охране животного мира, рекультивации (восстановлению) земельных участков и использованию гумусного слоя почвы.

Строительно-архитектурные решения. В разделе обосновываются и представляются архитектурно-планировочные решения по основным зданиям и сооружениям, а также решения по водоснабжению, канализации, вентиляции и кондиционированию воздуха.

Жилищно-гражданское строительство. Этот раздел разрабатывается в тех случаях, когда строительство предприятия ведется в неосвоенных территориях и местах, что требует строительства соответствующей инфраструктуры.

Сметная документация. Этот раздел рабочего проекта разрабатывается для определения стоимости проектируемого горного предприятия. Сметная документация в ТЭО и рабочем проекте представляет собой расчет стоимости строительства горного предприятия. Сметы по рабочим чертежам представляют более уточненную стоимость. Сметная документация состоит из отдельных частей, которые брошюруются в следующие книги: 19

Том II книга 1 Сводный сметный расчет Объектные сметные расчеты Том II книга 2 Смета на общешахтные расходы по горнопроходческим работам Том II книга 3 Локальные сметные расчеты на горные работы Том II книга 4 Локальные сметные расчеты на строительные работы Том II книга 5 Локальные сметные расчеты на монтажные работы

Для ведения работ по оснащению необходимо хорошо изучить и знать сметную часть, которая отражает стоимость временных зданий и сооружений.

Графическая документация. В графическую документацию кроме рабочих чертежей входят демонстрационные чертежи, наглядно изображающие основные объекты сооружений в общих чертах. Графическая документация в совокупности со сметами, спецификациями на оборудование, спецификациями на строительные конструкции, графиками, ведомостями объемов строительных, монтажных и специальных работ и материалов в общем называется рабочей документацией. Таким образом, рабочий проект – это проект и рабочая документация, совмещенные в едином проектно-сметной комплекте документов. 2.7. Проектирование вертикальных стволов В составе ТЭО и рабочего проекта проектированию вертикальных стволов уделяется особое значение. Это обусловлено прежде всего значимостью вертикальных стволов в процессе эксплуатации. В настоящее время вертикальные стволы проектируются преимущественно круглого сечения. Крепление стволов круглой формы осуществляется бетоном и железобетоном, реже чугунными или железобетонными тюбингами. В основу расчета крепи положена величина горного давления, неравномерно распределенного по периметру ствола. Расчет крепи вертикальных стволов рекомендуется проводить по методикам расчета д.т.н., проф. Н.С. Булычева. Обеспечение требуемых эксплуатационных качеств крепи является одной из основных задач проектной организации. Вертикальный ствол угольной шахты находится в эксплуатации практически весь срок службы предприятия, поэтому к крепи кроме прочностных требований предъявляются требования водонепроницаемости, агрессивной стойкости и определенных аэродинамических характеристик. Притоки воды в ствол при эксплуатации не должны превышать 5 м3/ч, а температура воздуха в стволе не должна опускаться ниже +2оС. Проектирование строительства вертикального ствола начинается с определения размеров его поперечного сечения и пропускной способности. Рассмотрим данный этап проектирования на конкретных примерах.

20

Определение размеров поперечного сечения и пропускной способности стволов

Определение площади поперечного сечения ствола шахт производится графически с учетом габаритов подъемных сосудов, другого оборудования и их расположения, а также величин зазоров между оборудованием и крепью ствола, регламентируемых Правилами безопасности. Для этого на чертеже в масштабе 1:50 изображают все площади, занимаемые подъемными сосудами, лестничным отделением, трубами, армировкой с соблюдением зазоров между ними, расстрелами и крепью ствола. Размеры зазоров принимаются по Правилам безопасности. Выбирают три (четыре) наиболее выступающие точки, соединяют их, получая треугольник (прямоугольник), и описывают вокруг него окружность, центром которой является точка пересечения медиан(диагоналей). Измеряется диаметр окружности и округляется до ближайшей большей величины, кратной 0,5 м. Пример 1. Выбрать подъемные сосуды и определить диаметр скипового ствола при следующих данных: производственная мощность шахты А = 1800 тыс.т/год, высота подъема Н = 600 м. Грузоподъемность подъемных сосудов определяется по формуле: P=

K ⋅ A(t1 + t 2 ) , 3600 ⋅ T ⋅ N

где К – коэффициент неравномерности работы подъема, К = 1,25; t2 – пауза между подъемами, t2 = 10 с; Т – число часов работы подъемов в сутки, Т = 13,5 ч; N – число рабочих дней в году, N = 300; t1 – продолжительность движения подъемных сосудов по стволу за один подъем, с: t1 =

600 H + 25 = + 25 = 44,6 с. Vc 19 ,6

Здесь Vс – скорость движения подъемных сосудов (устанавливается проектом), м/с. Ориентировочно Vc = 0,8 H = 0 ,8 600 = 19 ,6 м/с. Тогда Р=

1,25 ⋅ 1800000 ⋅ (44 ,6 + 10 ) = 8,4 т. 3600 ⋅ 13,5 ⋅ 300

По найденному значению P принимается стандартный подъемный сосуд с ближайшей большей грузоподъемностью Габариты скипов приведены в табл. 2.1. Затем графическим способом определяем минимально допустимый диаметр ствола (рис. 2.1.). Для этого откладываем габариты подъемных сосудов, проектируемую схему армировки и регламентируемые зазоры. 21

Таблица 2.1 Габариты типовых скипов Емкость скипов, м3 5; 7; 9,5; 11 11; 15; 20 20; 25; 35 20; 25; 35

Основные размеры, мм Длина Ширина по раме 1850 1540 2230 1740 2350 1900 2800 2000

Рис. 2.1. Графический способ определения диаметра скипового ствола: А,В – габариты скипов, δ – зазор между скипами и крепью, λ – зазор между подъемными сосудами и проводниками, m – зазор между скипами; 1-4 – опорные точки окружности, O – центр окружности, определяющей диаметр ствола.

Пример 2. Определить диаметр ствола, оборудованного клетью для спуска-подъема людей. В смену опускается в шахту N = 750 рабочих. Продолжительность спуска-подъема смены не должна превышать Tc = 40 минут. Высота подъема H = 800 м. Продолжительность одного подъема для перевозки рабочих по стволу определяется по формуле t1 =

H 800 + tп = + 45 = 112 с . Vc 12

где Vc – скорость движения клети (по Правилам безопасности величина Vc должна быть не более 12 м/с, это значение и принимается к расчету), tп – продолжительность пауз, с. При размещении двух вагонеток на этаже пауза принимается 15 с на один этаж и 5 с на каждую перестановку, при односторонней загрузке и выгрузке клетей – по 30 с на один этаж, при опрокидных клетях – 10 с. Продолжительность пауз на посадку и выход людей принимается равной: для 5 чел. – 15 с; 10 чел. – 20 с; 15 чел. – 25 с; 20 чел. – 30с; 30 чел. – 40 с. К этому времени прибавляется 5 с на перемещение этажа клети (если клеть многоэтажная). 22

Максимально возможное количество подъемов за время Tc: T 2400 n= c = = 21 подъем t1 112 Тип клети определяем из условия спуска в шахту всей смены в количестве N = 750 чел. за время Tc. Площадь пола клети должна быть не менее: N 750 S= = = 7,14 м 2 , 5 ⋅ n 5 ⋅ 21 где 5 – норма перевозки людей в клети, чел./м2.. Площадь клети определяются по габаритам вагонеток (табл. 2.2). Таблица 2.2 Габариты типовых клетей Тип и емкость вагонетки ВГ-0,8; ВГ-1,4 ВГ-1,6 ВГ-2,5 или ВД-2,5 ВГ-4,0; ВГ-3,3; ВД-3,3; ВД-5,6

Размеры клети, мм Длина

Ширина

2550 3000 3600 4000

1022 1022 1400 1500

Скосы по углам 90×90 90×90 125×125 200×200

Полученная полезная площадь пола клети может быть обеспечена только применением двухэтажной неопрокидной клети с размерами пола 4,0×1,5 м. В одном этаже такой клети может одновременно перевозиться 30 чел., при tп = 45 с. По результатам расчетов выполняется графическое построение поперечного сечения ствола, по которому определяется необходимый диаметр ствола в свету (рис.2.2). Рис. 2.2. Графический способ определения диаметра клетевого ствола: А,В – габариты клетей, δ – зазор между противовесами и крепью, λ – зазор между подъемными сосудами и проводниками, m – зазор между клетями; n – зазоры между подъемными сосудами и армировкой, 1-3 – опорные точки окружности, O – точка пересечения медиан треугольника – центр окружности, определяющей диаметр ствола.

23

Проверку построенного графически сечения ствола по максимально допустимой скорости движения воздуха по стволу рассмотрим на следующем примере. Пример 3. Диаметр ствола (рис. 2.2.) равен 6 м, шахта не опасна по газу, годовая производственная мощность шахты 1800 тыс. т. Проверить выбранное сечение на допустимую скорость движения воздуха по стволу. Количество воздуха, м3/с, поступающее по стволу, находим по формуле Q=

q ⋅ Ac ⋅ K 1 ⋅ 6000 ⋅ 1,45 3 = ≈ 136 м /с, 64 64

где q – необходимое количество воздуха на 1 т суточной добычи угля, м3/мин. Для негазовых шахт и шахт I категории – q = 1 м3/мин, II категории – q=1,25 м3/мин, III категории – q = 1,5 м3/мин. Для сверхкатегорийных шахт значение Q рассчитывается по формуле: Q=

100 ⋅ q ⋅ K , 24 ⋅ 60 ⋅ 0 ,75

где q – выделение метана на 1 т суточной добычи, м3; Ас – суточная добыча угля, т/сут.; К – коэффициент, учитывающий утечки воздуха, К = 1,45. Расчетная скорость движения вентиляционной струи определяется по формуле: Q 136 V расч = < V ПБ = = 6 м/с < 8 м/с, S СВ ⋅ µ 28,3 ⋅ 0,8 где SСВ – площадь поперечного сечения ствола в свету, м2; µ – коэффициент, учитывающий наличие в стволе армировки и подъемных сосудов, для стволов круглой формы µ = 0,8; VПБ – допустимая по Правилам безопасности скорость движения воздуха, значение которой приведено в табл. 1.3. Таблица 1.3. Значения допустимой скорости воздуха Горные выработки Вентиляционные скважины Стволы и вентиляционные скважины с подъемными установками, предназначенные для подъема людей в аварийных случаях, вентиляционные каналы Стволы для спуска и подъема только грузов Стволы для спуска и подъема людей и грузов

Максимальная скорость воздуха, м/с Не ограничена 15 12 8

Таким образом, принятое сечение удовлетворяет требованиям технической эксплуатации. 24

После выдачи соответствующей проектной документации на строительство ствола (чертежей, смет) и геологической части в виде заключения по скважине, пробуренной по центру ствола, заказчик совместно с подрядчиком выдает задание на проектирование оснащения ствола для его строительства. Проект выполняется в полном объеме и включает все составляющие проекта, перечисленные в разделе 2.6, но исключительно касающиеся решения задач оснащения с разработкой рабочих, монтажных, строительных чертежей на изготовление нестандартного оборудования. В процессе детально прорабатывается технологическая часть проходки с циклограммой, паспортом БВР и проектом проветривания в различное время года. Проект выполняет специализированный институт, имеющий лицензию. Проектные работы оплачивает заказчик. Всю проектную документацию рассматривает и согласовывает генеральный институт-проектировщик, после чего она передается заказчику, где рассматривается на техническом совете, утверждается и передается подрядчику. 2.8. Основные периоды строительства горного предприятия Проект организации строительства должен предусматривать четыре основных периода строительства горного предприятия: 1. Подготовительный период строительства. 2. Первый основной период строительства. 3. Второй основной период строительства. 4. Пусковой период строительства. Подготовительный период строительства шахт

Подготовительный период строительства ствола или шахты в целом – промежуток времени между началом работ на шахте и началом проходки стволов. Объем работ подготовительного периода составляет от 10 до 14% полной сметной стоимости строительства шахт в освоенных и от 25 до 30% в неосвоенных районах. Доля работ подготовительного периода составляет 30-45% от стоимости объектов шахтной поверхности, продолжительность – до 25% от общего времени строительства шахты. В соответствии с действующими нормативами продолжительность подготовительного периода при строительстве угольных шахт должна составлять в зависимости от объема и мощности будущего предприятия 12 – 16 месяцев. В подготовительном периоде выполняют работы, связанные с технической подготовкой к проходке стволов и сооружению зданий шахтной поверхности. В состав подготовительного периода включают сооружение внеплощадочных объектов; строительство внутриплощадочных зданий, сооружений, монтаж оборудования по оснащению стволов к проходке и возведение времен25

ных и постоянных объектов, используемых для нужд строительства во время проходки стволов. Все объекты шахтной поверхности, строящиеся в подготовительном периоде, объединяются в комплексы, которые делят на две группы. В первую группу включают: подъездные автодороги и площадки (автодороги к промплощадке, очистным сооружениям и отвалу породы; внутриплощадочные автодороги; площадки для размещения околоствольного оборудования, разгрузки и складирования конструкций и материалов); вспомогательные и складские сооружения; административно-бытовые сооружения (временные инвентарные санитарнобытовые помещения для обслуживания строителей в "пионерный" период; административно-бытовой комбинат для обслуживания подземных рабочих, занятых на проведении выработок, и рабочих, занятых на возведении объектов поверхности и монтаже оборудования в основном периоде строительства ствола или шахты); теплоснабжение (котельная для обеспечения теплом зданий и сооружений; внеплощадочные сети теплоснабжения при отсутствии внутриплощадочной котельной; нвутриплощадочные сети теплоснабжения); водоснабжение, канализация и отвод шахтных вод (подводящий водопровод к площадке; внутриплощадочные сети водоснабжения; резервуары, насосные станции; канализационный коллектор; внеплощадочные сети канализации; внутриплощадочные сети канализации и отвода шахтных вод); электроснабжение, освещение и связь (подводящие линии электропередачи; подводящие линии связи к площадкам; понизительную электроподстанцию и временные линии электропередачи на площадке; освещение промплощадки). Во вторую группу включают: околоствольный комплекс для оснащения проходки ствола (проходческий или постоянный копер; здания подъемных машин; мобильное оборудование проходческих лебедок; вентиляторную с трубопроводами; калориферную; здание бурильной установки БУКС с тельферной эстакадой); объекты для замораживания пород при проходке ствола (здание замораживающей станции; градирню и инженерные коммуникации; здание глинохозяйства для приготовления раствора) или объекты для тампонажа пород (тампонажный узел с инженерными коммуникациями; склад инертных); объекты снабжения сжатым воздухом (компрессорную станцию с инженерными коммуникациями; градирню к компрессорной станции; сети сжатого воздуха). В зависимости от горно-геологических условий и технологической схемы проходки стволов, производительности и месторождения шахты состав объектов и сооружений может изменяться. Во время подготовительного периода выполняют работы как на отведенной под строительство промышленной площадке будущей шахты, так и 26

вне ее. Такие объекты, как фланговые стволы, отстоящие на значительном расстоянии от центральной площадки, в большинстве случаев не выводят из понятия внеплощадочное строительство, т.к. составляют единый технологический комплекс. В первую очередь в подготовительный период сооружают дороги различного назначения. На площадке их выполняют временными по постоянной разметке, в местах пересечения будущих коммуникаций закладывают кожухи из труб соответствующего диаметра. Параллельно ведут работы по строительству объектов энерго- и теплоснабжения, которые включают в себя объемы по строительству линий электропередач, подстанций, котельных и компрессорных установок, необходимых и достаточных для нужд строительства. В каждом конкретном случае для строительства шахты проектом организации строительства на основе экономического анализа определяются источники энергоснабжения на период строительства, причем на разных этапах мощности источников отличаются на порядок и, как правило, в пусковой период должны быть введены постоянная котельная, подстанция и компрессорная установка. Для сокращения стоимости и сроков строительства необходимо максимально быстро вводить в строй действующие и использовать для нужд строительства постоянные здания и сооружения, в том числе объекты энергоснабжения (обеспечения электроэнергией, теплом, сжатым воздухом). До ввода постоянных источников необходимо использовать блочноконтейнерные передвижные установки в разном наборе по мощности в соответствии с расчетами. Работы подготовительного периода должны быть технологически увязаны с общим потоком основных строительно-монтажных работ и обеспечивать широкий фронт работ для строительных подразделений. Первый основной период строительства

В шахтном строительстве первый период регламентирован СНиП 3.02.03-84. В первом периоде выполняют проходку и армирование стволов, приствольных камер и сопряжений с выработками на соответствующих горизонтах. В этом периоде осуществляют также сбойку между стволами или со скважиной для организации проветривания. Состав работ, количество выработок, проходимых совместно с проходкой и армированием ствола в первом периоде, зависит от условий и определяется проектом организации строительства. На объектах поверхностного комплекса в первом периоде осуществляют основные объемы земляных работ, строительство железнодорожных станций и путей, а также зданий постоянных подъемов и нулевых циклов зданий, которые располагаются на свободных площадках от передвижного проходческого оборудования, которое еще задействовано на строительстве стволов, и оборудования для ведения тампонажных работ. После окончания работ по проходке и демонтажа проходческого оборудования, не нужного для последующих технологических операций, присту27

пают к армированию ствола. С этого момента начинается подготовка к осуществлению работ по оснащению стволов клетями, т.е. от первого периода ко второму основному. В объемы работ входит строительство следующих сооружений: − постоянного надшахтного здания вспомогательного ствола; − вентиляторной установки для проветривания с калориферным каналом и калориферной; − сооружений для обмена вагонов на поверхности и горизонтах; − опрокидов шахтных вагонов; − постоянных подъемов с навеской клетей; − переоснащение подшкивных площадок; − приведение в проектное состояние нулевой рамы и установка стволовых дверей в надшахтном здании и на горизонте; − противопожарной защиты; − водоотлива в шахте (во время второго периода водоотлив осуществляется из зумпфовой части насосами ЦНС, расположенными на горизонте); − энергоснабжения, которое должно надежно обеспечить ведение горных работ второго периода; − расширение отвалов породы в отведенных местах с учетом размещения породы при эксплуатации. Основная цель первого периода – обеспечить эффективную работу во втором основном периоде. Второй основной период

Второй основной период качественно отличается от первого существенным расширением фронта работ на поверхности и в околоствольном дворе, камерах скипового ствола. В это время осуществляют проходку наклонных и горизонтальных горных выработок, вскрывающих и подготавливающих пласт или группу пластов к отработке. Именно во втором периоде концентрируется на стройке большое количество горнопроходческих, горномонтажных, строительных бригад и соответствующая техника. Одним из самых ответственных участков во втором основном периоде является проходка выработок и сооружение камер околоствольного двора. Пусковой период

Пусковой период строительства – завершающий и самый напряженный. В этот период численность работающих достигает максимальной величины, привлекаются специализированные организации на специальные виды работ: промвентиляция, лифтмонтаж, спецпожаротушения и огнезащиты, стальконструкция, промсвязьмонтаж, шефмонтаж, наладчики различных видов оборудования и другие исполнители. Их количество обычно превышает 15 строительных, монтажных и наладочных организаций. Пусковой период длится, как правило, год. Как показывает опыт шахтного строительства, в пе28

риод 1970 – 1999 г. генеральной подрядной организации даже на уровне треста не удается обеспечить достаточную эффективность в руководстве строительством средней мощности угледобывающего или перерабатывающего предприятия, шахты, разреза, обогатительной фабрики. Для достижения поставленной цели ввода в эксплуатацию пускового комплекса создается структура внутри действующих структур комбинатов, объединений или акционерных обществ. Создание структуры управления пусковым комплексом осуществляется совместным приказом подрядчика и заказчика. Назначаются руководитель пускового комплекса от головной организации подрядчика, заместители по комплектации оборудования от заказчика и заместитель по материально-техническому снабжению и транспорту. В приказе ответственными за ввод в эксплуатацию зданий, сооружений или узлов назначают конкретных руководителей шахтостроительных, монтажных или шахтопроходческих организаций. Управление строительством пускового комплекса осуществляется начальником комплекса и призвано координировать, формировать производственные связи всех подразделений, участвующих в строительстве, а также осуществлять множество функций организационного характера; координацию работы рабочих комиссий, подготовку заседаний государственной комиссии. Как правило, начальником пускового комплекта назначается первый руководитель крупной шахтостроительной акционерной компании (комбината), либо его заместитель. Каждый член штаба пускового комплекса возглавляет отдельный узел в общем объеме строительства и самостоятельно принимает решения, позволяющие ускорить и качественно улучшить процесс строительства. Опыт показал, что создание на пусковых стройках штабов по руководству строительством дают положительный результат. В пусковой период штаб ежедневно работает на стройке, а отчет руководителей в различном составе ведется дважды в течение рабочего дня: утром 15-20 мин – очный рапорт, вечером – 1-1,5 часа – отчет о проделанной работе руководителей всех звеньев. Контрольные вопросы 1. Понятия проекта и проектирования, составляющие проектирования. 2. Стадии разработки проекта строительства горного предприятия. 3. Основные виды технической документации при проектировании. 4. Основные требования к выбору строительной площадки. 5. Геологическая оценка запасов, категории разведанности месторождений 6. Структура и состав рабочего проекта строительства шахты. 7. Проектирование вертикальных стволов. Правила определения размеров поперечного сечения ствола и его пропускной способности. 8. Периоды строительства шахты. Состав работ каждого периода. Внеплощадочные, внутриплощадочные, общестроительные работы.

29

3. ОСНАЩЕНИЕ СТВОЛОВ К ПРОХОДКЕ

3.1. Общие положения Оснащение – это комплекс стволового проходческого оборудования, зданий и сооружений производственно-технологического, вспомогательного и санитарно-бытового назначения, инженерных коммуникаций и горнопроходческого оборудования на поверхности, подлежащих монтажу и производству строительных работ и обеспечивающих выполнение горных и строительномонтажных работ при строительстве шахты. В состав работ по оснащению входят: планировка промплощадки, сооружение устья ствола, подготовка к сооружению технологического участка ствола и его проходка, строительство зданий, сооружений (временных и постоянных), монтаж проходческого оборудования и копрового комплекса на поверхности, монтаж и опробование стволового проходческого оборудования, а также прокладка инженерных коммуникаций. К оснащению проходки ствола, как к одному из основных факторов, оказывающих существенное влияние на технико-экономические показатели не только сооружения стволов, но и шахты в целом, предъявляются повышенные требования. Это объясняется тем, что оснащение проходки стволов в значительной мере определяет темпы, продолжительность выполнения основных объемов горнопроходческих работ и ритмичность всего хода строительства шахты. Технические решения по оснащению проходки вертикальных стволов должны обеспечивать: минимальную продолжительность сооружения ствола; минимальную стоимость и трудоемкость строительно-монтажных работ по оснащению; высокую производительность подъемных установок по выдаче горной массы как при проходке ствола, так и при проведении горизонтальных горных выработок; минимальную продолжительность переоснащения ствола для проведения горизонтальных горных выработок, возможность строительства в подготовительном периоде и при проходке ствола постоянных зданий, сооружений и максимальное использование их для целей строительства; высокий уровень индустриализации строительно-монтажных работ за счет широкого использования комплексно-блочных и мобильных (инвентарных) зданий, строительных конструкций повышенной заводской готовности.

30

3.2. Технологические схемы оснащения проходки стволов Технологические схемы оснащения вертикальных стволов характеризуются принятым типом подъемного комплекса, т.е. копра и подъемной машины, и условно подразделяются на три типа: постоянную, временную и комбинированную. Постоянная схема оснащения ствола предусматривает использование для проходки постоянного копра (башенного или металлического) и постоянной подъемной машины; временная схема – временных проходческих копров и подъемных машин; комбинированная схема – сочетание различных типов оборудования подъемного комплекса, например, постоянного копра и временных подъемных машин в передвижном варианте, и наоборот. Правильно выбранная технологическая схема оснащения ствола способствует достижению высокой производительности труда, высокого уровня механизации производственных процессов, позволяет сократить продолжительность и стоимость строительства горного предприятия. При выборе технологической схемы оснащения вертикального ствола необходимо учитывать назначение ствола, его диаметр и глубину, характеристику постоянного подъемного комплекса при эксплуатации стволов, принятую технологическую схему проходки ствола, использование ствола во втором периоде строительства. Рассмотрим сущность, область применения, достоинства и недостатки названных технологических схем оснащения. Постоянная схема оснащения. После подготовки промышленной площадки к строительству над стволом сооружают постоянный металлический копер, монтируют металлоконструкции подшкивной площадки, разгрузочного станка, нулевой рамы. При этом если при проектировании копра не были учтены нагрузки от проходческого оборудования, то усиливают отдельные элементы копра. Вокруг ствола возводят здания и монтируют проходческое оборудование для сооружения ствола. В качестве подъемных машин используют постоянные подъемные машины, при этом учитывают, что их производительность должна обеспечивать высокие скорости проходки ствола и проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. После проходки и армирования ствола производят его переоснащение для работы по постоянной схеме. По этой схеме оснащения к началу работ требуется запроектировать копер, выполнить деталировочные чертежи и изготовить металлоконструкции постоянного копра. Кроме того, при использовании постоянных подъемных машин необходимо их заказать и получить от заводов-изготовителей как сами подъемные машины, так и комплектующее электрооборудование. В связи с этим постоянная схема характеризуется значительным увеличением сроков оснащения ствола к проходке по сравнению с временной схемой, 31

но вместе с тем позволяет снизить стоимость оснащения и продолжительность переходного периода от проходки ствола к строительству горизонта шахты. Применение постоянной схемы наиболее целесообразно для оснащения клетевого ствола, расположенного на центральной площадке будущей шахты, так как позволяет значительно сократить переходной период переоснащения подъема с бадей на клети. В то же время, как показывает практика, при постоянной схеме из-за определенных ограничений и стесненных условий достичь больших темпов проходки ствола не удавалось. Оснащение главного ствола к проходке по постоянной технологической схеме вообще нецелесообразно, так как во втором периоде строительства постоянный скиповой комплекс использованным быть не может, а выполнение работ по этой схеме связано с большой трудоемкостью и значительным увеличением сроков оснащения, а следовательно, и сроков строительства шахты в целом. Кроме того, постоянные подъемные машины имеют большие установочные мощности, что приводит к нерациональному расходу электроэнергии. Применение постоянных металлических и монолитных бетонных башенных копров в сочетании с многоканатными подъемными машинами имело место при строительстве шахт им. А.А. Скочинского, "Шахтинская-Глубокая", "Должанская-Капитальная" и других, однако, эта схема характеризуется сложностью технических решений по переоборудованию многоканатных подъемных машин и постоянных копров. Из-за больших переделок с постоянного на временное в башенном копре, а затем с временного на постоянное этой схемой не реализуется главный критерий – экономическая целесообразность ее применения. Существенным недостатком этой технологической схемы является большая продолжительность оснащения, составляющая от 1,5 до 2,5 лет, низкие темпы проходки и увеличение срока строительства всей шахты, как минимум, на 2 года. В связи с этим постоянная схема оснащения в последние 20 лет не находит широкого применения. Временная схема оснащения. Данная схема имеет различные варианты в зависимости от типа постоянного копра, предусмотренного проектом на период эксплуатации шахты. При использовании в дальнейшем башенного копра схема оснащения ствола к проходке сводится к следующему. На промышленной площадке сооружают проходческий копер, монтируют временные подъемные машины (передвижные или стационарные), возводят комплекс зданий, сооружений устанавливают проходческое оборудование. После проходки ствола временный копер демонтируют, возводят постоянный башенный копер и монтируют многоканатные подъемные машины. Армирование ствола по этой схеме целесообразно вести во время монтажа многоканатных подъемных машин с исполь32

зованием временных подъемных машин и проходческих лебедок. После этого навешивают подъемные сосуды, монтируют обменные и загрузочные устройства, проводят горизонтальные и наклонные горные выработки. Недостатком этого варианта временной схемы является большая длительность строительства ствола. Такой вариант имеет ограниченное распространение и может быть рекомендован для применения только в случаях, когда по условиям строительства не допускается возведение башенного копра до проходки ствола, например, при специальных способах проходки верхней части ствола. Разновидностью временной схемы является схема оснащения с использованием временного проходческого копра с последующей надвижкой постоянного металлического башенного копра. Технологическая последовательность работ по оснащению и проходке ствола соответствует последовательности первого варианта, за исключением армирования, которое выполняют с временного копра. Во время проходки и армирования ствола в стороне от ствола на монтажной площадке сооружают постоянный башенный копер, который после проходки ствола по накаточным путям надвигают в проектное положение. По продолжительность строительства ствола эта схема является наиболее эффективной. К недостаткам схемы относится необходимость дополнительных затрат на усиление элементов копра для надвижки и устройство накаточных путей. В случае, когда на период эксплуатации шахты предусмотрено использование постоянного металлического копра, временная схема оснащения ствола к проходке состоит в следующем. Аналогично описанным вариантам, в подготовительном периоде над стволом сооружают временный проходческий копер, возводят здания, сооружения и монтируют проходческое оборудование, используемое при проходке ствола. Во время проходки ствола в стороне от него монтируют постоянный металлический копер, который после проходки и армирования ствола надвигают в проектное положение. К этому моменту должны быть смонтированы постоянные подъемные машины. Проведение горизонтальных и наклонных горных выработок осуществляют с использованием постоянных подъемных машин. Если по производительности постоянные подъемные машины не могут обеспечить проведение горных выработок в установленные сроки, то их проводят с использованием временного копра и временных подъемных машин. Переход на постоянные подъемные машины в этом случае производят перед сдачей шахты в эксплуатацию. При массовом применении проходческих копров из крупноразмерных элементов, передвижного проходческого оборудования и мобильных зданий эта схема по продолжительности строительства ствола, стоимости и трудоемкости строительно-монтажных работ по оснащению является наиболее предпочтительной по сравнению со всеми остальными схемами. Благодаря сокращению сроков оснащения до 5-6 месяцев временная 33

схема оснащения с использованием блочно-передвижного оборудования получила в настоящее время широкое распространение. Эта схема успешно используется повсеместно. Главным недостатком этой схемы является увеличение стоимости оснащения и продолжительности переходного периода на переоснащение с бадей на клети. Комбинированная схема оснащения стволов с использованием временных или постоянных копров и подъемных машин в различных сочетаниях довольно широко применяется на практике. Примером комбинированной схемы может быть схема оснащения с использованием постоянного башенного копра и временных подъемных машин. Оснащение по данной схеме производится в следующей последовательности. После выполнения первоочередных работ на промышленной площадке по подготовке к строительству возводят постоянный башенный копер (железобетонный или металлический), монтируют в нем проходческое оборудование, на поверхности сооружают здания и монтируют оборудование для проходки ствола. В период проходки и армирования ствола заканчивают строительные работы в башенном копре и монтируют многоканатные подъемные машины. Выдача породы при проведении горизонтальных и наклонных выработок осуществляют с использованием постоянных подъемных комплексов. Преимуществами рассмотренной схемы по сравнению с первым вариантом временной схемы являются меньшая продолжительность строительства ствола благодаря совмещению работ по возведению башенного копра с работами подготовительного периода и меньшая металлоемкость проходческих металлоконструкций в копре. Недостатком является ограничение по строительству зданий и монтажу проходческого оборудования в зоне действия кранов, используемых для возведения башенного копра. Схема получила распространение в Донецком бассейне (Украина), где на центральных стволах, как правило, предусматривают башенные копры. Возможны и другие варианты комбинированной схемы. По сравнению с наилучшим вариантом временной схемы они характеризуются большей продолжительностью оснащения, кроме того, использование в таких схемах постоянных подъемных машин или копров не всегда может обеспечить необходимые скорости проходки ствола по техническим причинам. Однако, такая схема позволяет сократить капитальные затраты на строительство и продолжительность переходного периода. Комбинированная схема в определенных условиях может быть наиболее экономически целесообразной, но в любом случае ее применение должно подтверждаться соответствующим техникоэкономическим расчетом.

34

3.3.Унификация схем оснащения Одним из направлений повышения технико-экономических показателей при строительстве стволов является применение унифицированных технических решений, в том числе и для схем оснащения проходки. Унификация схем оснащения, принятая в угольной промышленности, выполнена на базе унифицированных схем сечений и армировок вертикальных стволов, разработанных для угольных шахт. Унифицированные схемы сечений предусматривают для всех типов стволов и диаметров (6; 7 и 8 м) 12 типоразмеров сечений и армировок. Основные принципы, положенные в основу унификации схем оснащения, следующие: применение буровзрывного способа при совмещенной схеме проходки ствола; проходку стволов осуществляют с использованием проходческих копров из крупноразмерных элементов на быстроразъемных соединениях; широкое использование для оснащения поверхности передвижного проходческого оборудования и мобильных зданий различного назначения; для одного диаметра ствола единая схема размещения проходческого оборудования в сечении ствола независимо от функционального назначения и армировки ствола; максимальная унификация металлоконструкций копровых комплексов и проходческого оборудования для стволов всех диаметров; использование для проходки стволов бадей большей вместимости и проходческого оборудования, обеспечивающих высокие скорости проходки; технические решения, обеспечивающие минимальные затраты времени и средств для перехода от проходки стволов к армированию и к проведению горизонтальных и наклонных горных выработок; выполнение строительно-монтажных работ по оснащению индустриальными методами. Унифицированные схемы оснащения вертикальных стволов диаметром 6м предусматривают использование бадей вместимостью 3 м3 (на период армирования – 1 м3), погрузочной машины КС-2у/40, бурильной установки БУКС-1м, труб вентиляции диаметром 900 мм, двух трубопроводов подачи бетонной смеси диаметром 150 мм, трубопровода сжатого воздуха диаметром 200 мм, кабелей, маневровых канатов, трехэтажного проходческого полка, спасательной лестницы, подвесного насоса и секционной опалубки для крепления ствола. Для стволов диаметром 7 и 8 м предусматривают использование бадей вместимостью 5 м3 и более, погрузочной машины 2КС-2у/40 или КС-1м, двухэтажного проходческого полка. Привязки подвесного проходческого оборудования к осям ствола для диаметров 7 и 8 м одинаковы, что позволяет для этих стволов иметь один копровый комплекс (за исключением нулевой рамы). 35

3.4. Основные принципы размещения проходческого оборудования При размещении горнопроходческого оборудования в стволе и на поверхности необходимо принимать решения, которые обеспечивают: максимальное использование постоянных зданий и сооружений при строительстве; групповое расположение проходческих лебедок, обеспечивающее удобство монтажа, обслуживания и нормальной эксплуатации, особенно в осенне-зимний период; создание таких планировочных решений, при которых системы транспорта горной массы и бетонной смеси позволяют бесперебойно выполнять горнопроходческие работы при максимально возможной загрузке технологического транспорта; удобство, безопасность и быстроту подачи в ствол и выдачи из него забойного оборудования и технологических трубопроводов; компоновку и конструкцию сооружений и оборудования (сооружений по отводу и очистке шахтных вод, породного отвала, котельных установок и др.), при которых вредное воздействие процессов при проходке ствола на окружающую среду было минимальным; полную безопасность работ проходческого цикла; технологичность выполнения как основных процессов горнопроходческого цикла (погрузки горной массы, бурения шпуров, крепления), так и вспомогательных (навески трубопроводов, перегонов подвесных полков и опалубок, ремонта или замены стволового оборудования, осмотров ствола, подвесного оборудования и др.); соответствие конструкций подвесного полка, нулевой рамы, разгрузочного станка, подшкивной площадки условиям прочности, крупноблочного монтажа и безопасности работ. При расположении оборудования, зданий и сооружений, входящих в комплекс оснащения поверхности, необходимо руководствоваться следующими требованиями: временное оборудование, здания и сооружения не должны размещаться на местах, отведенных по генеральному плану под постоянные здания, сооружения и инженерные коммуникации; временные АБК размещать в стороне от дороги, ведущей на отвал породы, но поблизости от ствола; электростанции располагать вблизи от основных потребителей электроэнергии – подъемных машин, компрессорных станций; при использовании компрессоров с низковольтными двигателями устанавливать трансформаторы для преобразования электроэнергии непосредственно возле компрессорных станций; временные здания и сооружения располагать так, чтобы оставались проезды вокруг копра (ширина не менее 15 м) для большегрузных автомобилей и для откатки грузов на поверхности во втором периоде строительства шахты; 36

здания и сооружения располагать вокруг ствола так, чтобы можно было использовать технику для очистки территории промплощадки от снега и просыпавшейся породы около течек разгрузочного станка; котельную и склад ГСМ располагать с учетом розы ветров; блочно-передвижные подъемные машины для проходки ствола размещать впереди подлежащих монтажу во втором периоде стационарных (временных или постоянных) подъемных машин; при выборе подъемного оборудования более предпочтительной является схема с использованием двух одноконцевых подъемных машин; станции технического обслуживания бурильного оборудования располагать против проемов в копре, чтобы подавать к стволу бурильные установки, обеспечивая их транспортировку одним видом транспорта (тельферная или узкоколейная дорога); расстояние между блочно-передвижным оборудованием должно обеспечивать расчетную длину струны каната, углы девиации подъемных машин и лебедок в соответствии с требованиями правил и технических норм; под породными лотками разгрузочного станка должно предусматриваться железобетонное покрытие площадью не менее 25 м2.

Рис. 3.1. Схема расположения проходческого оборудования в сечении вспомогательного ствола: 1-трубопровод сжатого воздуха; 2-канат для подвески полка; 3-бадья для технологического отхода; 4-трубопровод вентиляции; 5-трубопровод водоотлива; 6,9-трубопровод для подачи бетонной смеси; 7-канат подвески; 8-направляющий канат (канат для подвески опалубки); 10-бадьи вместимостью 5м3; 11-спасательная лестница

37

Рис. 3.2. Схема расположения проходческого оборудования вокруг ствола: 1,12-подъемная машина МПП; 2-лебедка подвески труб вентиляции (прорезиненной); 3,11лебедки наращивания труб; 4,5,18,19-лебедки направляющих канатов; 6-станция обслуживания БУКС-1м; 7-проходческий копер; 8,9-лебедки подвески проходческого полка; 10,24-лебедки подвески телескопа подачи бетона; 13-лебедка кабеля насоса; 14-лебедка насоса; 15,17-лебедки канатов лотков бетона; 16-приствольная бетоносмесительная установка; 20-вентиляторная установка; 21-лебедка кабеля взрывания; 22-лебедка спасательной лестницы; 23-лебедка кабелей сигнализации и освещения; 25-лебедка кабелей сигнализации, телефонизации и блокировки

Расположение проходческого оборудования в сечении вспомогательного ствола и зданий и сооружений на поверхности при оснащении комплексом передвижного оборудования показано на рисунках 3.1 и 3.2. Контрольные вопросы 1. Понятие оснащения. Состав работ по оснащению стволов к проходке. 2. Требования к техническим решениям по оснащению. 3. Технологические схемы оснащения стволов, их достоинства и недостатки. 4. Принципы унификации схем оснащения. 5. Горнопроходческое оборудование, входящее в унифицированные схемы оснащения вертикальных стволов. 6. Принципы размещения проходческого оборудования вокруг ствола. 7. Расположение проходческого оборудования в стволе.

38

4. БЛОЧНО-ПЕРЕДВИЖНОЕ ПРОХОДЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОСНАЩЕНИЯ СТВОЛОВ 4.1. Общие сведения Блочно-передвижное проходческое оборудование для вертикальных стволов разработано институтом Донгипрооргшахтострой совместно с шахтостроительными комбинатами бывшего министерства угольной промышленности СССР. Разработка и внедрение в производство этого оборудования несомненно явилось значимым событием в решении проблем по оснащению вертикальных стволов к проходке и сокращения сроков их строительства в целом. Из проходческого оборудования в блочно-передвижном варианте для оснащения стволов применяют: подъемные машины, компрессорные станции, котельные, проходческие лебедки различных типов, вентиляторные, трансформаторные подстанции, высоковольтные распределительные устройства. Блочно-передвижное проходческое оборудование обладает следующими достоинствами: − многократное использование оборудования блоками; − полная заводская готовность; − небольшие габариты блока полной заводской готовности позволяют доставлять блоки без какой-либо разборки на строительную площадку машинами или трейлером; − применение в блоках серийно выпускаемого оборудования; − установка блочно-передвижного оборудования на инвентарные фундаментные блоки многократного использования; − многодельные строительные работы по оснащению заменены на монтаж отдельных укрупненных блоков. В настоящее время в угольной отрасли нет вертикальных стволов, которые бы оснащались без применения блочно-передвижного проходческого оборудования. Это позволило сократить сроки оснащения более чем в два раза. Оно нашло широкое применение не только на оснащении к проходке горных выработок. Блочные котельные применяются для отопления жилых домов, компрессорные станции как стационарные применяются на заводах строительной индустрии, распределительные устройства применяются в проектах и устанавливаются при строительстве как промышленных объектов, так и объектов хозяйственно-бытового назначения. В комбинате "Ростовшахтострой" на Шахтинском ремонтно-механическом заводе по лицензии изготавливается весь комплекс блочно-передвижного проходческого оборудования.

39

4.2. Блочно-передвижные проходческие подъемные машины. Примеры расчетов При оснащении стволов к проходке наиболее сложной и ответственной технической задачей является строительство и монтаж комплекса, относящегося к подъемным машинам. На сложные работы по возведению постоянных зданий, монолитных железобетонных фундаментов и монтаж оборудования подъемных машин в условиях строительной площадки затрачивалось до полутора лет, что значительно увеличивало сроки строительства стволов. В шахтном строительстве одним из основных направлений сокращения сроков как оснащения, так и строительства стволов, является применение блочнопередвижного проходческого оборудования, в том числе и подъемных машин. Наиболее распространенными в настоящее время подъемными машинами являются МПП-6,3; МПП-9; МПП-17,5, которые применяются в зависимости от глубины вертикального ствола и емкости применяемых бадей. Каждая машина состоит из отдельных блоков. Блоки представляют собой утепленные здания контейнерного типа с хорошей внутренней отделкой. Общее число блоков для машин: МПП-6,3 – два, МПП-9 – четыре, МПП-17,5 – семь. Техническая характеристика блочно-передвижных подъемных машин приведена в табл. 4.1. Таблица 4.1 Техническая характеристика блочно-передвижных подъемных машин Показатели Статическое натяжение каната, кН Размеры барабана, мм: диаметр ширина Скорость подъема, м/с Диаметр каната, мм Высота подъема, м Тип электродвигателя Мощность электродвигателя, кВт Частота вращения, с-1 Число двигателей Тип редуктора Передаточное отношение Масса машины (без фундаментных блоков и каната), т Число фундаментных блоков Масса фундамента, т

40

Блочно-передвижные подъемные машины ППМ-2×1,5АЦ

МПП-6,3

ППМ-2,5×2А

МПП-9

МПП-17,5

61,8

61,8

88,2

88,2

171,5

2500 1350 7 25 425;760;1070 АКЗ-13-46-6

2850 1550 8 33 680 и 1170 АКЗ-13-46-6

2000 1500 5 23 390 и 740 АК-12-39-6

2500 2000 2000 1500 6,7 5 25 23 425;760;1070 390 и 740 АК-12-39-6 АКН-2-15-57-10

320 16,4 1 Ц2-710Н

320 16,4 1 Ц2-710Н

630 9,83 1 Ц2Ш-900

630 16,4 1 Ц2Ш-900

630 16,4 2 Ц2Ш-900

20

20

11,5

20

20

69

63,2

102

110

177

6 94

6 70

9 106

11 130

20 240

В качестве примера на рис. 4.1 показано размещение оборудования машин МПП-9. В I блоке расположена коренная часть машины, во II – редуктор и двигатель, в III – электрооборудование и в IV – компрессоры и воздухосборники. Каждый блок имеет свою раму, что облегчает монтаж и обеспечивает сохранность сборки, выполненной на заводе. Блоки можно транспортировать на автомобильном трайлере к месту монтажа и железнодорожной платформой с завода-изготовителя на строительство шахт. Машина МПП-17,5 (рис.4.2) имеет два блока с редукторами и двигателями одинаковой модификации с машиной МПП-9, что повышает унификацию и обеспечивает взаимную замену блоков. Машины МПП-6,3 и МПП-9 лучше всего использовать при проходке стволов малой и средней глубины. Машины МПП-17,5 в основном предназначены для проходки стволов глубиной до 1000 м, для более глубоких стволов может быть использована машина МПБК-25. Следует также отметить, что глубокие стволы можно вначале проходить с помощью машин МПП-9, а затем после окончания монтажа стационарных постоянных машин оканчивать проходку ствола с их помощью с последующим использованием стационарных машин во втором периоде строительства шахты.

Рис. 4.1. Подъемная машина МПП-9: 1 – тормозные приводы; 2 – коренная часть; 3 – редуктор; 4 – двигатель; 5 – АЗК; 6 – роторные сопротивления; 7 – компрессоры; 8 – воздухосборник; 9 и 10 – шкафы и пульт управления

41

Рис. 4.2. Передвижная подъемная машина МПП-17,5: 1 – компрессорный блок; 2 – система обдува двигателя; 3 – редукторный блок; 4 – электродвигатель; 5 – высоковольтный разъединитель; 6 – аппарат АЗК; 7 – редуктор; 8 – роторные сопротивления; 9 – станция управления; 10 – панель тормоза; 11 – междублочное электрическое соединение; 12 – промежуточный вал; 13 – блок электрооборудования; 14 – пульт управления; 15 – машинный блок.

42

Наибольшее распространение получила подъемная машина МПП-17,5, которая позволяет использовать проходческие бадьи для выдачи породы большой вместимости, что существенно влияет на увеличение скорости проходки. Диаметр барабана подъемной машины МПП-17,5 – D = 2850 мм, шаг нарезки футеровки b, равный 35 мм, позволяет применять для проходки канаты диаметром 32÷34 мм. Одновременно с разработкой подъемной машины типа МПП были разработаны комплексы оборудования с механизированной разгрузкой бадей типа БПСМ. Комплексы БПСМ выпускаются с бадьями: БПСМ-5; БПСМ-4,5; БПСМ-4; БПСМ-3; БПСМ-2; БПСМ-1,5; БПСМ-1; БПСМ-0,75 (цифры означают вместимость бадей в м3). При проходке стволов глубиной свыше 600 м, имея комплект бадей разной грузоподъемности, меняя бадьи последовательно с большей емкости на меньшую имеется возможность использовать один канат (для машины МПП-17,5 Dк = 33 мм, ГОСТ 10506-76) на всю проходку ствола. При этом используется прицепное устройство для канатов закрытой конструкции типа УПЗ различной грузоподъемности. Первоначально навешивается бадья БПСМ-5, с увеличением глубины ствола – бадья БПСМ-4,5, затем БПСМ-4 и т. д. до конечной отметки ствола. Правила расположения проходческих подъемных машин

Проходческие подъемные машины располагают у ствола при оснащении его к проходке в соответствии с проектом. Подъемные машины и все проходческое оборудование следует располагать так, чтобы они не мешали ведению работ по строительству постоянных зданий и сооружений. Местоположение и характеристики подъемных машин желательно принимать с учетом их использования во втором периоде строительства шахт, т.е. для навески временных клетей для строительства горизонта шахты. Чтобы уменьшить колебания и износ каната, длина его струны Lстр ограничивается 65 м. (рис. 4.2). Расстояние между осью подъемной машины и осью каната в стволе b принимается в пределах 20 – 40 м. Угол наклона струны каната должен быть ϕ ≥ 30º. Углы отклонения (девиации) каната на барабанах и шкивах подъемных машин не должны превышать α = 1º30'. Расчет геометрии подъема сводится к определению следующих параметров. Расстояние между осью подъемной машины и осью каната в стволе, м, определяют из выражения

b=

hк − С D ш + , 2 tgϕ

а длину струны каната, м, – по формуле

Lстр =

(hк − С )

2

D   + b − ш  2  

2

43

Углы отклонения (девиации) каната проверяются по формулам: для однобарабанной машины (рис. 4.2,а)

tgα =

B/2 ; Lстр

для двухбарабанной машины (рис. 4.2, б)

tgα 1 =

B+a/2−S /2 S /2−a/2 tg = α ; 2 Lстр Lстр

Рис. 4.3. Схемы расположения подъемных машин относительно ствола: а – однобарабанной, б – двухбарабанной 44

Порядок расчета диаграммы скоростей

При оснащении вертикальных стволов в проектной документации приводятся расчеты диаграммы скоростей и определяются временные параметры движения бадьи на разных участках ствола. В институте ВНИИОМШС разработан следующий порядок расчета диаграммы скоростей: 1. Выполняется расчетная схема проходки ствола, и определяются длины участков движения с различными величинами скоростей. 2. В соответствии с Правилами безопасности и эксплуатации устанавливаются скорости движения на различных участках ствола. 3. Устанавливаются величины ускорений и замедлений для периодов неравномерного движения, при этом время отдельных периодов движения не должно быть менее 4-5 секунд в связи с тем, что управление машиной – ручное. 4. Определяется продолжительность отдельных периодов, пауз и длительность всего цикла подъема. При этом правила эксплуатации и техники безопасности регламентируют следующие ограничения скоростей движения бадьи на отдельных участках ствола: 1. Максимальная скорость движения бадьи не должна превышать 8 м/с при подъеме-спуске грузов и 6 м/с – при спуске-подъеме людей. 2. Движение бадьей без направляющих канатов допускается на участке не более 20 м, а при применении погрузочных машин типа КС – не более 40 м. На этом участке скорость бадьи не должна превышать 2 м/с при подъеме-спуске грузов и 1 м/с – при подъеме-спуске людей. 3. При спуске бадьи на забой обязательна остановка на расстоянии 5 м от него, и только по сигналу машинист подъема может продолжать движение. 4. Скорость бадьи при проходке через раструбы подвесного полка не должна превышать 1 м/с. 5. Скорость прохода бадьи через ляды замедляется и не должна превышать 2 м/с. Для расчета времени движения бадьи на отдельных участках пользуются следующими формулами: – для определения времени равномерного движения

ti =

hi ,с Vi

где h – путь периода за время ti, м; Vi – скорость движения, м/с. – для определения времени и пути равноускоренного (равнозамедленного) движения

V i−Vi0 , с; ti = ai

Si =

V i+Vi0 2

ti =

Vi 2 − Vi02 2a i

,м

где Vi0 – начальная скорость движения, м/с; а – ускорение (замедление), м/с2. 45

Длительность пауз между отдельными операциями цикла движения бадьи принимается 5-15 с. Величина главного ускорения принимается равной 0,5 – 0,7 м/с2 из условий возможностей двигателей подъемных машин. Время цикла двухконцевой подъемной установки определяется:

Tц = Т з.х

Vм2 − Vп2 Н с − hз . х − Vм − Vп аг ,с +2 + Vм аг

где Тз.х – суммарная время маневров и движения с замедленной скоростью, с. Оно складывается из времени на преодоление ограждений, принятых Правилами безопасности, технических условий эксплуатации подъемных машин, времени пауз между отдельными операциями и времени, на протяжении которого набирается устойчивая скорость на участке. Эти величины принимаются ориентировочно и во многом зависит от типов электродвигателей подъемных машин и мастерства машиниста подъема; Vм – максимальная скорость подъема-спуска, м/с; аг – величина главного ускорения, м/с2; Нс – глубина ствола, м; hз.х – суммарный путь движения с пониженной скоростью и маневровых операций, м. Время цикла для одноконцевой подъемной установки рассчитывается по формуле

Tц = Т з.м

Vм2 − Vп2 Н с − hз . х − Vм − Vп аг ,с +4 +2 аг Vм

При выборе подъемной машины для оснащения стволов и расчете цикла определяется необходимая производительность машины, м3/ч, по формуле 3600 ⋅ Vб ⋅ K з qр = , Tц ⋅ K н где Vб – емкость бадьи, м3; Kз – коэффициент заполнения бадьи; Tц – время цикла подъема, с; Кн=1,3-1,5 – коэффициент неравномерности работы подъемной машины для оснащения стволов. Примеры расчета и выбора подъемного каната

В настоящее время для проходки вертикальных стволов изготавливают только многопрядные канаты (ГОСТ 16828-81), которые имеют меньшее разрывное усилие по сравнению с канатами закрытой конструкции. Максимальный диаметр каната, который может использоваться в сочетании с барабаном машины МПП-17,5, составляет 34 мм (ГОСТ 16828-81). При этом для прядьевых канатов используется прицепное устройство типа УПП.

46

От правильного расчета и выбора подъемного каната зависят размеры органа навивки подъемной машины (лебедки): чем меньше диаметр каната, тем меньше размер барабана и подъемной машины в целом. Рассмотрим на примерах порядок выбора подъемного каната. I в а р и а н т . На подъемный канат действуют следующие нагрузки: статическое натяжение от поднимаемого груза и собственного веса, динамические усилия (от сил инерции и упругих колебаний), от изгиба на копровых шкивах и органах навивки, силы сопротивления от трения. Подъемный канат рассчитывают по статическому натяжению. Действие остальных нагрузок учитывается по ПБ запасом прочности каната. Статическое натяжение каната складывается из веса концевого груза (вес груженой бадьи, направляющей рамки, прицепного устройства, труб, кабеля, жимков и др.) и собственного веса каната длиной от копрового шкива до бадьи, находящейся в конечной точке (забое ствола). При расчете введем следующие обозначения: Qп и Qм – масса поднимаемого за один раз, соответственно, полезного и мертвого груза, кг; p – масса 1 м подъемного каната, кг; Н – расстояние от забоя (конечная отметка проходки ствола) до оси копрового шкива, м; l1 – длина струны каната, м l2 – длина витков трения, м l3 – запасная длина каната, м m – запас прочности подъемного каната, принимаемый по ПБ; Sк – площадь поперечного сечения проволок каната, м2; σк – расчетный предел прочности проволоки каната при растяжении, МПа; Qраз – суммарное разрывное усилие всех проволок в канате, Н; k – коэффициент пропорциональности, связывающий вес 1 м каната и площадь его поперечного сечения. Для круглых канатов k = 11-11,3. Статическая нагрузка на подъемный канат в верхнем сечении его у копрового шкива составляет Qп + Qм + рН =

σк Sк m

(1)

Площадь поперечного сечения каната

Sк = k⋅р

(2)

Подставив значение Sк в формулу (1), получим вес 1 м каната для подъемных установок (проходческих лебедок) вертикальных стволов

47

р=

Qп + Qм

(3)

σ k к −H m

По расчетному значению p и действующему ГОСТу выбираем диаметр каната. Выбранный канат проверяем по фактическому запасу прочности m=

– – – – – – – – – –

Qраз

(4)

g ⋅ (Qп + Qм + pH )

Исходные данные: масса бадьи БПСМ-3, кг масса прицепного устройства УПП-8, кг масса направляющий рамки, кг масса породы в бадье БПСМ-3, кг масса воды в бадье БПСМ-3, кг глубина ствола с зумпфом, м высота копра (от нулевой рамы до оси шкива на копре), м длина струны каната, м длина витков трения, м запасная длина каната, м

– – – – – – – – – –

1150 165 800 4500 1050 920 30 47 45 50

Канат принимаем по ГОСТ 16828-81 из проволоки с расчетным пределом прочности при растяжении σк = 1700 МПа. По ПБ запас прочности каната для грузолюдского подъема m = 7,5. Коэффициент k = 11,2. В качестве полезного груза считаем вес породы и воды в бадье, в качестве мертвого – суммарный вес бадьи, прицепного устройства и направляющей рамки. Расстояние Н складывается из глубины ствола и высоты копра. Исходя из этого, по формуле (3) находим необходимую массу 1м каната р=

Qп + Qм

δ k п −H m

=

(4500 + 1050) + (1150 + 165 + 800) = 7665 = 4,82 1700 2538 − 950 11,2 ⋅ − (920 + 30)

кг

7,5

Принимаем по ГОСТ 16828-81 канат с ближайшим значением р = 4,8 кг, у которого диаметр каната dк = 34 мм, суммарное разрывное усилие всех проволок в канате Qраз = 852600 Н (для проволоки с σк = 1700 МПа). Проверяем фактический запас прочности каната: m=

Qраз g ⋅ (Qп + Qм + pH )

=

852600 852600 = = 7,12 < 7,5 9,8 ⋅ (2115 + 5550 + 4,8 ⋅ 950) 12225

Так как запас прочности получился меньше значения, предусмотренного ПБ, то необходимо уменьшить глубину ствола, проходимую на бадьях БПСМ-3. 48

Подставляя значение m = 7,5 в формулу (4), получаем уравнение для определения максимальной длины каната, при которой допустимо применение бадьи БПСМ-3: 7,5 =

852600 852600 , = 9,8 ⋅ (2115 + 5550 + 4,8 Н ) 75117 + 47 Н

Решая это уравнение, находим: Н= 820 м. Таким образом, глубина ствола, на которую можно проходить ствол бадьями БПСМ-3 на канате диаметром dк = 34 мм (ГОСТ 16828-81), составит

h = H − H′ = 820 − 30 = 790 м, где H′ – длина отвеса от нулевой отметки до оси шкива на копре, м После проходки ствола на глубину h = 790 м, необходимо произвести замену бадьи БПСМ-3 на бадью БПСМ-2, либо принимать канат с большим диаметром. Расчетная длина каната l = h + H′ + l1 + l2 + l3 = 920 + 30 + 47 + 45 + 50 = 1092 м. Для МПП-17,5 принимаем канат диаметром dк = 34 мм, ГОСТ 16828-81, длиною l = 1100 м. I I в а р и а н т . Для бадьевых подъемов концевую нагрузку рассчитывают по формуле

Pк = Pб + Ргр, кг где Pк – концевая нагрузка, кг; Pб – масса бадьи с прицепным устройством и направляющей рамкой, кг; Ргр – общая масса груженной бадьи с породой и водой, заполняющей пустоты, кг. Массу породы с водой определяют по формуле γ  1  Ргр = Vб  п К з + γ в К в 1  К  р   К р   где Vб – емкость бадьи, м3; γп – плотность породы в массиве (2000-2900 кг/м3 для угольных шахт и 2400-3400 кг/м3 для рудников). Поскольку колебания весьма значительны, по стратиграфической колонке необходимо принять породы с наибольшим удельным весом. Кр = 1,5÷2,2 – коэффициент разрыхления породы; К3 = 0,9÷0,95 – коэффициент заполнения бадьи породой; γв = 1100 – плотность воды, кг/м3; Кв – коэффициент заполнения пустот водой, равный 0,45-0,5 при породах крепких и средней крепости, и 0,3-0,4 при слабых породах. Расчет концевой нагрузки с учетом спуска в бадьях бетона или раствора с плотностью соответственно γб = 1800-3450 кг/м3 и γр = 1800-2200 кг/м3, производится по формуле:

Рк = Рб + γб Vб 49

Подъемные канаты рассчитывают на максимальную статическую нагрузку с учетом проектной глубины ствола, увеличенной на 10 м. Расчетный вес 1м каната р=

Рк

σв − (H + hк + 10) γ фm

,

где σв = 1400-1800 МПа – временное сопротивление каната разрыву;

γф = 83,5-100 кН/м3 – фиктивная плотность каната; m – запас прочности каната; Н – проектная глубина ствола, м; hк – высота копра, м. Для бадьевых проходческих и грузолюдских подъемных установок запас прочности m устанавливается "Правилами безопасности". В настоящее время m принято равным: для канатов грузолюдских установок с машинами барабанного типа, канатов подвески грейферов и проходческих люлек – 7,5; канатов подвески спасательных лестниц, насосов, труб водоотлива, а также подвески полков при глубине ствола до 600 м – 6,0; при глубине 600-1500 м – 5,5. Найденный вес 1 м каната округляют до ближайшего большего значения по ГОСТу. Действительный запас прочности принятого каната должен быть равен или больше допустимого ПБ mд =

Рz ≥ m, Pк + p(H + hк )

где Рz – суммарное разрывное усилие всех проволок каната, кг. Выбор органов навивки производится в соответствии с Правилами безопасности; диаметр шкива на копре для головного подъемного каната, мм, и диаметр барабана проходческой подъемной машины, мм, выбирается из соотношений: Dб ≥ 60 dк, Dб ≥ 900 δп, где dк – диаметр головного подъемного каната, мм; δп – наибольший диаметр проволоки в канате, мм. Для увеличения сроков службы канатов закрытой конструкции, по данным института ВНИИОМШС, рекомендуется соотношение

Dб ≥ (80÷100)⋅dк, мм тогда ширина барабана подъемной машины, мм:  Н + hр + hз  d + ε   + 3  к Вб =  D m π б c    50

где hр – высота разгрузочной площадки, м; h3 = 30-40 м – длина каната, необходимая для испытаний, м; ε = 2-3 – зазор между витками каната, мм; mс – число слоев навивки. Величина Вб не должна превышать ширину барабана принимаемой к установке машины. Для проходческих подъемных машин допускается 3-хслойная навивка каната, причем реборды барабана должны выступать над верхним слоем не менее, чем на 2,5 диаметра каната Расчетное максимальное окружное усилие Тр′ не должно превышать допустимого Тд ′для принятого типа машины: – для одноконцевых подъемных установок

Тр″ = Рк + р(Н + hр) ≤ Тд″ – для двухконцевых подъемных установок

Тр″= Рк – Рб + р(Н + hр) ≤ Тд″ 4.3. Блочно-передвижные компрессорные станции Для блочно-передвижных компрессорных установок в качестве базовых агрегатов используются винтовые компрессоры 6ВКМ-25/8 с воздушным охлаждением, выпускаемые Казанским компрессорным заводом (табл. 4.2). Таблица 4.2 Марка 6ВКМ-25/8 7ВКМ-50/8 ВП-50/8

Техническая характеристика винтовых компрессоров Производитель- Давление, Основные размеры, мм 3 ность, м /мин МПа Длина Ширина Высота 25 0,8 3100 1630 1750 50 0,8 4900 2535 2085 50 0,8 3100 3700 3300

Масса, кг 3180 8800 8800

Блочно-передвижная компрессорная станция состоит из пяти транспортабельных блоков (набор блоков и их количество может быть другим), соединенных при монтаже коммуникациями в единую систему передвижной компрессорной станции типа ПКСМ (рис. 4.4) Машинный блок 2 представляет собой утепленное цельнометаллическое помещение, состоящее из рамы с каркасом и утепленных стен, пола и съемной крыши. Крыша снимается тремя секциями. Внутри блока устанавливается основное оборудование: компрессоры, приточно-охладительные установки, пусковая аппаратура и вентиляционные устройства помещения. На стене против каждого компрессора монтируется блок приборов. 51

Рис. 4.4 Передвижная компрессорная станция ПКСМ-150: 1 – блок управления; 2 – машинный блок; 3 – блок влагомаслоотделения; 4 – блок охлаждения; 5 – фильтры

52

Под полом проходят основные коммуникации станции: общий коллектор сжатого воздуха, продувочный коллектор, силовые и контрольные силовые линии в специальных кожухах из труб. Блок управления 1 выполнен аналогично помещению машинного блока в части его конструкции, утепления и звукоизоляции, но внутренний интерьер сделан из пластика с учетом постоянного нахождения человека в помещении. В блоке управления расположен пульт, на панелях которого смонтированы кнопки управления агрегатами компрессорной станции, сигнальные лампы, контрольно-измерительная аппаратура, а также кнопка звуковой сирены. На передней стенке блока установлены два вентилятора. Блок имеет независимый кабельный ввод. Блок влагомаслоотделения 3 конструктивно такой же, как 1. В кабине блока установлены: два блока для масла, реверсивные маслонасосы и верстаки для ремонтных работ. В блоке 4 расположена система охлаждения воздуха. Блок очистки сжатого воздуха 5 выполнен в виде открытой площадки огражденной поручнями. На площадке устанавливается концевое оборудование компрессорной станции, включающее: концевой холодильник, бак продувочный, масловодоотделитель, воздухосборник, систему трубопроводов. Характеристики блочно-передвижных компрессорных станций приведены в табл. 4.3. Таблица 4.3 Характеристики блочно-передвижных компрессорных станций Марка

Производительность, м3/мин

Давление, МПа

ПКС-150/8 ПКС-125 ПКС-100

150 125 100

0,65 0,65 0,65

Основные размеры, мм Длина Ширина Высота 37723 36600 34600

3550 4800 4800

Масса, кг

3155 3410 3410

79700 72700 65700

Расположение временной компрессорной станции на промплощадке должно учитывать господствующее направление ветра и исключить попадание во всасывающий коллектор воздуха, содержащего пыль, влагу, ядовитые газы и взрывоопасные смеси. В настоящее время в отечественной практике в виде исключения могут применяться временные станции неблочного типа с поршневыми (табл. 4.4) и турбокомпрессорами (табл. 4.5) различного типа. Таблица 4.4 Характеристика компрессорных станций с поршневыми компрессорами Марка 202ВИ-10/8 302ВИ-10/8 305ВИ-30/8 103ВП-20/8 2ВМ12-50/8 4ВМ12-100/8

Производительность, м3/мин 10 10 30 20 50 100

Давление, МПа 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

Основные размеры, мм Длина Ширина Высота 1300 1655 1550 1650 1200 1810 2359 1810 2670 2345 1630 2230 5500 5200 3030 6700 6000 3030

Масса, кг 3180 2980 7535 5280 12100 18800 53

Таблица 4.5 Техническая характеристика лопастных компрессоров (турбокомпрессоров) Марка

Производительность, м3/мин

Давление, МПа

202ВИ-10/8 302ВИ-10/8 305ВИ-30/8 103ВП-20/8 2ВМ12-50/8 4ВМ12-100/8

10 10 30 20 50 100

0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

Основные размеры, мм Длина Ширина Высота 1300 1655 1550 1650 1200 1810 2359 1810 2670 2345 1630 2230 5500 5200 3030 6700 6000 3030

Масса, кг 3180 2980 7535 5280 12100 18800

Расчет расхода сжатого воздуха и диаметров трубопровод для проходки вертикального ствола и второго периода строительства шахты

При определении расчетного расхода сжатого воздуха и необходимого диаметра трубопровода при оснащении и проходке ствола необходимо учитывать, что во втором периоде строительства шахты применяются установки, которыми оснащена проходка ствола. Расчет выполняют в соответствии с «Временной инструкцией по определению расчетных расходов сжатого воздуха для угольных шахт» и требований инструкции горной механики и технической кибернетики «Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт». Для производства расчета необходимы исходные данные, которые будут изменяться во времени, поэтому в расчете, как правило, принимаются данные на максимальное развитие работ. В соответствии с требованиями § 476 ПТЭ угольных и сланцевых шахт: − рабочее давление у наиболее удаленных от компрессорных станций потребителей сжатого воздуха (горных машин) должно быть не менее их минимального давления; − общие потери давления сжатого воздуха в трубопроводах – не более 0,2 МПа (2 атм.); − утечки сжатого воздуха в трубопроводах не должны превышать 20%. Рассмотрим пример расчета расхода сжатого воздуха для следующих исходных данных: Количество проходческих забоев – 8 Оборудование, работающее на сжатом воздухе и применяемое для проходки горных выработок второго периода: − бурильная установка 1СБУ-2, УБШ-308у - 6 шт. − бурильная установка БУ-1М - 2 шт. − погрузочно-транспортная машина ПТ-4 - 2 шт. − стволовая погрузочная машина КС-2У/40 . (погрузка породы в бадьи) - 2шт − перфораторы ПП-54В, ПП-63В - 8 шт. 54

− − − − − − −

перфораторы ПП-36, ПП-48 - 2 шт. насос 1В-20/10 с пневмодвигателем П9-12 - 4 шт. насос забойный Н-1М - 4 шт. насос пневматический НПВ-1у5 - 2 шт. бетоноукладчик БУК-3 - 2 шт. отбойные молотки МО-2, МО-3 - 8 шт. пневматический грузчик КС-3 (проходка породного и угольного бункеров) - 2 шт. − пневматическое сверло СРЗ-1М (бурение шпуров по углю) - 3 шт. − пневматический монитор - 2 шт. Для обеспечения сжатым воздухом потребителей при проведении горных выработок второго периода для расчета принята постоянная компрессорная станция с тремя компрессорами 2М10-63/8 и имеющиеся в наличии передвижные компрессорные станции ПКС. Производительность компрессорных станций, м3/мин, подсчитываем по формуле: z

V K = µ ⋅ K o ∑ ni qi K изi K дi K Зi + i =1

a ( p + 1) bm( p + 1) l+ , ∑ 60 ⋅ 60 60 ⋅ 6

(1)

где µ - коэффициент, учитывающий расход сжатого воздуха неучтенными механизмами; Ko – средневзвешенный коэффициент одновременной работы механизмов, учитывающий, что не все работающие в смене механизмы одновременно находятся во включенном состоянии, методика определения этого коэффициента приведена ниже; z – число групп однотипных механизмов; n – число работающих в смене механизмов одного типа, шт.; q – номинальный расход воздуха одним механизмом данной группы при непрерывной его работе, м3/мин; Киз – коэффициент, учитывающий изменение расхода сжатого воздуха по сравнению с номинальным значением в результате износа двигателя; Кд – коэффициент, учитывающий изменение расхода сжатого воздуха вследствие отличия расчетного давления в пункте потребления от номинального давления механизма; Кз – коэффициент загрузки, учитывающий изменение расхода сжатого воздуха механизмом вследствие отличия фактической нагрузки на валу двигателя от номинальной и при регулировании; а=200 м3/час км – предельно допустимая на 1км величина утечек сжатого воздуха через неплотности в воздухопроводе с металлическими трубами при давлении в сети, равном 0,5 МПа (5 атм.); р – расчетное давление сжатого воздуха в месте потребления, МПа; Σ l – суммарная длина воздухопроводной сети с металлическими трубами на шахте (до границ шахтного поля), км; b=25 м3/час⋅ед. – предельно допустимая величина утечек сжатого воздуха в месте присоединения одного механизма при давлении сжатого воздуха 0,5 МПа; 55

m – общее число постоянно присоединенных к пневматической сети механизмов на шахте, шт. Расчет производим на давление сжатого воздуха в месте потребления, соответствующее давлению большинства установленных механизмов. В нашем случае принимаем P = 0,5 МПа (5 атм.). Число работающих в смене однотипных механизмов ni определяется организацией прохождения горных выработок в наиболее загруженный двухчасовой период смены. Число однотипных механизмов указано в исходных данных расчета. Номинальный расход qi принимается по техническим данным машин и механизмов. Если механизм имеет несколько приводных двигателей, номинальный расход представляет собой сумму расходов сжатого воздуха всеми установленными двигателями. Коэффициент износа Кизi принимается равным: − для отбойных молотков, перфораторов и поршневых двигателей – 1,15; − для турбинных двигателей – 1,0; − для шестеренных двигателей – 1,2. Коэффициент Кд принимается равным: − для турбинных пневмодвигателей Кд = (р+1)/(рн+1); − для поршневых пневмодвигателей Кд = р/рн; − для шестеренных пневмодвигателей мощностью 10 л.с. и более, имеющих номинальное давление менее расчетного – Кд=1,0 , при мощности шестеренного пневмодвигателя менее 10 л.с. – Кд = р/рн где рн – номинальное давление, указанное в каталоге, МПа. Коэффициент загрузки принимаем по таблице 1 «Временной инструкции по определению расчетных расходов сжатого воздуха для угольных и сланцевых шахт». При наличии механизмов, не вошедших в таблицу 1, коэффициент загрузки Кзi следует принимать в соответствии с ожидаемым режимом работы механизма. Расход сжатого воздуха неучтенными механизмами принимается в зависимости от предполагаемого количества и типа этих механизмов равным 5÷10% от суммарного полезного расхода. К неучтенным механизмам можно отнести тормозные системы (устройства) подъемных машин; ремонт или обкатку пневматического оборудования, продувку шпуров перед заряжанием забоя и др., т.о. µ = 1,05÷1,10. При определении расчетного расхода сжатого воздуха для подсчета диаметра воздухопровода используется формула (1), но все входящие в нее величины принимаются не для шахты в целом, а только для механизмов и трубопровода, расположенных за рассчитываемым участком. Расчет значений, входящих в формулу (1) и определяющих производительность компрессорных станций Vк, производится в следующей последовательности. Средний (наиболее вероятный) и максимальный расход сжатого воздуха механизмами, м3/мин, определяем по формулам:

56

z

z

Vср = ∑ ni qi K изi К дi K зi K bi ,.

Vmax = ∑ ni q i K изi К дi K зi ,

i =1

i =1

где Кbi=τbi/τ - коэффициент включения отдельных механизмов, τbi – машинное время работы механизма в течение наиболее загруженного двухчасового периода, мин.; τ = 120 мин. – длительность наиболее загруженного в смене периода. При подсчете расхода сжатого воздуха Vср рекомендуется пользоваться значениями коэффициентов включения Кbi для различных групп механизмов, приведенными в таблице 1 «Временной инструкции по определению расчетных расходов сжатого воздуха для угольных и сланцевых шахт». Данные таблицы 1 получены экспериментальным путем для интенсивной работы механизмов. Если ожидается ненапряженный режим работы механизма, то коэффициент включения Кbi должен быть уменьшен. При наличии механизмов, не вошедших в таблицу 1, коэффициенты включения Кbi, следует принимать в соответствии с ожидаемым режимом работы механизмов. Подсчет Vmax и Vср сводим в таблицу 4.6 и получаем: Vmax =375 м3/мин; Vср=182,1 м3/мин. Сечение трубопроводов сжатого воздуха ориентировочно определяем по номограмме (приложение к "Временной инструкции по определению расчетного расхода сжатого воздуха") и значению Vmax. В качестве примера на рис. 4.5 показана схема разводки трубопроводов сжатого воздуха на период строительства шахты, а в табл. 4.7 представлены характеристики предварительно принятых трубопроводов на каждом из участков. Наиболее удаленными потребителями сжатого воздуха являются потребители в точке А (вентиляционный штрек бремсберга №1) и точке Б (откаточный штрек уклона №4). 8

7

А

6

9

5

10 4

11

2

12

3

13

1

Вент. ствол

Б

14 57

Рис. 4.5. Схема разводки трубопроводов сжатого воздуха

58

Суммарная протяженность трубопроводов составляет: для потребителей в точке А L1 = уч.1 + уч.2 + уч.3 + уч.4 + уч.5 + уч.6 + уч.7 + уч.8 = = 0,12 + 0,9 + 0,25 + 0,3 + 0,25 + 0,2 + 1,25 + 0,5 = 3,77 км. для потребителей в точке Б L2 = уч.1 + уч.2 + уч.3 + уч.4 + уч.11 + уч.12 + уч.13+ уч.14 = = 0,12 + 0,9 + 0,25 + 0,3 + 5,5 + 2,0 + 1,5 + 2,0 = 12,57 км. Таблица 4.7 Характеристика системы трубопроводов сжатого воздуха Номер участка трубопровода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Выработка по которой проложен трубопровод. (место прокладки) От компрессора до вспомогательного ствола на поверхности Вспомогательный ствол Квершлаг Участок западного коренного штрека Участок бремсберга №1 Участок бремсберга №1 Участок бремсберга №1 Верхний вент. штрек бремсберга №1 Вентиляционный штрек лавы №102 Откаточный штрек лавы №102 Восточный коренной штрек Уклон №2 Уклон №4 Откаточный штрек уклона №4

Протяженность участка, км

Максим. кол-во воздуха, проходящего по участку, м3/мин

0,12

Ориентировочно принятый диаметр трубопровода, мм

точка А

точка Б

375

300

350

0,9 0,25

375 250

300 250

350 300

0,3

250

250

300

0,25 0,2 1,25

180 120 60

200 200 150

-

0,5

40

125

-

0,7

40

125

-

0,7 5,5 2,0 2,0 1,5

40 180 180 120 50

125 -

250 250 200 150

Определим потерю давления p' на 1 погонный метр трубы, МПа/м, по формуле ∆p p' = , l где ∆ p – допустимая потеря давления на всю длину трубопровода, МПа.

l– протяженность трубопроводов от компрессора до дальней точки, м;

Потеря давления на 1 погонный метр трубы для потребителей составляет: для точки А: 0,2 p' = = 0,00005 МПа = 50 Па; 3770 для точки Б : 0,2 p' = = 0,000016 МПа = 16 Па; 12570 59

Далее выбор производительности компрессорной станции рассмотрим на примере шахты "Обуховская-1" на период окончания строительства (сдачи в эксплуатацию двух лав и основных сооружений околоствольного двора). В этот период суммарная длина воздухопроводной сети околоствольных выработок и выработок бремсберга №1 составит примерно Σl =8,9 км. Из них: длина трубопроводов диаметром 300 мм – 1,02 км; 250 мм – 0,55 км; 200 мм – 0,95 км; 150 мм – 1,25 км; 125 мм – 2,8 км; 100 мм – 2,3 км. Суммарный объем пневматической сети составляет Qc= Qв+ Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6 , м3 где Qв – емкость трех воздухосборников, м3; Q1 - Q6 – емкость трубопроводов, м3. Qc= 3⋅4 + 1,02⋅70,7 + 0,55⋅49 + 0,95⋅31,4 + 1,25⋅17,7 + 2,8⋅12 + 2,3⋅7,85 = 214 м3 Средневзвешенный коэффициент включения Kb =

Vср Vmax

=

182,1 = 0,48 375

Предварительно определяем значение коэффициента одновременности K по таблице 2 «Временной инструкции…». При обеспеченности D=0,99 и 1 о

числе механизмов

z

∑ ni

K о1 = 0,64

= 51

i =1

Под обеспеченностью понимается вероятность того, что число одновременно включенных механизмов не превысит расчетного значения и подсчитывается по формуле: D ≥ 1 − 0,0121 ⋅

Qc

(1 − K )⋅ V 1 о

,

max

где Qc - емкость пневматической сети, м3. D ≥ 1 − 0,0121 ⋅

214 = 0,98 , (1 − 0,64) ⋅ 375

По подсчитанной обеспеченности D, средневзвешенному коэффициенту включения K b и суммарному числу механизмов

z

∑ ni i =1

по таблице 2 «Времен-

ной инструкции…»находим расчетное значение средневзвешенного коэффициента одновременности K о = 0,63 Необходимую производительность компрессорной станции, м3/мин, подсчитываем по формуле a ( p + 0,1) bm( p + 0,1) l+ V K = µ ⋅ K o ⋅ V max + ∑ 60 ⋅ 0,6 60 ⋅ 0,6 50 ⋅ (0,5 + 0,1) ⋅ 8,9 5 ⋅ 51 ⋅ (0,5 + 0,1) V K = 1,02 ⋅ 0,63 ⋅ 375 + + = 251 м3/мин 60 ⋅ 0,6 60 ⋅ 0,6 60

Необходимое количество рабочих компрессоров: Вариант 1 (в работе) 2М10-63/8 = 2⋅63 = 126 м3/мин; 6ВВ-25/9 = 5⋅25 = 125 м3/мин; Вариант 2 (в работе) 2М10-63/8 = 1⋅63 = 63 м3/мин; 6ВВ-25/9 = 8⋅25 = 200 м3/мин; Принимаем следующее количество рабочих компрессоров: 2М10-63/8 = 2 шт. ( из них – 1 резервный); 6ВВ-25/9 = 11 шт. (из них – 3 резервных). Для проходки стволов и околоствольных выработок проложены трубопроводы: – по вспомогательному стволу – временный, диаметром 250мм; – по вентиляционному стволу – постоянный, диаметром 200мм; – по главному стволу – временный, диаметром 200мм. При прохождении горных выработок бремсберга №1 используется трубопровод диаметром 250 мм, проложенный по вспомогательному стволу, и затем трубопроводы, характеристики которых приведены в таблице 4.8. После сдачи шахты в эксплуатацию, для прохождения горных выработок уклона №2 и уклона № 4, и в связи с увеличением протяженности трубопровода (в точке В, l=12,57 км) увеличивается его сечение (табл. 4.8.). Трубопровод ∅250 мм (во вспомогательном стволе) и ∅200 мм (в вентиляционном стволе) должны быть включены на параллельную работу (закольцованы) в выработке околоствольного двора. Трубопровод, проложенный по главному стволу, после его армирования, демонтируется. Таблица 4.8. Уточненная характеристика системы трубопроводов сжатого воздуха Номер участка трубопровода 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Выработка, по которой проложен трубопровод. От компрессора до вспомогательного ствола на поверхности Вспомогательный ствол Квершлаг гор. – 650 м Участок западного коренного штрека Участок бремсберга №1 Участок бремсберга №1 Участок бремсберга №1 Верхний вент. штрек бремсберга №1 Вентиляционный штрек лавы №102 Откаточный штрек лавы №102 Восточный коренной штрек Уклон №2 Откаточный штрек уклона №4 Уклон №4

Протяженность участка, км

Кол-во воздуха, проходящего на участке, м3/мин

0,12 0,9 0,25 0,3 0,25 0,2 1,25 0,5 0,7 0,7 5,5 2,0 1,5 2,0

Принятый для эксплуатации диаметр трубопровода, мм Точка А

Точка Б

251

250

300

251 160 160 160 80 80 40 40 40 160 160 40 120

250 250 250 200 150 150 125 125 125 -

300 250 250 250 250 150 200

61

4.4. Блочно-передвижные котельные При оснащении к проходке вертикального ствола необходимо предусмотреть получение тепла для воздуха, поступающего в ствол; административнобытового комбината; подсобных помещений и снабжение горячей водой для бытовых нужд. В шахтном строительстве таким источником тепла проектами предусматриваются временные котельные, которые подразделяются на блочнопередвижные и стационарные (построенные из кирпича или сборного железобетона). Второй вариант является весьма трудоемким, требует устройства фундаментов как под здание, так и под оборудование, возведения стен, кровли и т.д., что сопряжено с большими материальными затратами. Кроме того, при окончании горных работ и пуске постоянной котельной, такое временное сооружение необходимо демонтировать, использовать его второй раз не представляется возможным. В этой связи институтами «Донгипрооргшахтострой», и «Сибгипрооргшахтострой» предложены варианты блочно-передвижных котельных, которые компонуются в агрегаты по такому количеству блоков, какое количество тепла требуется по расчету. В качестве базовых используются серийно выпускаемые котлы, чаще всего котлы типа Е-1/9-2т. Машинные блоки представляют собой утепленные цельнометаллические помещения, состоящие из рамы с каркасом и утепленных стен, пола и съемной крыши. Крыша снимается одной или двумя секциями. Внутри блока располагаются котел; оборудование для очистки и умягчения воды; оборудование газового тракта с выводом к трубе, устанавливаемой у блока; насосная группа; вентиляционные сооружения и пульт управления. Уголь в топку подается вручную из бункера, который устроен в торцевой части каждого блока котельной. Если предусматривается работа котла на газе или жидком топливе, подача топлива автоматизируется. При необходимости применения нескольких блоков их мощности объединяются посредством соединения коллектора каждого блока в общий, при этом кроме машинных блоков устанавливается один блок для обслуживающего персонала. Блочно-передвижная котельная показана на рис. 4.6. В настоящее время наибольшее распространение получили блочнопередвижные котельные типа ПКУ-1/9-2т; УВИ-0,1; УВИ-0,15; УВИ-0,2; УВГ-5г изготовленные на базе котлов Е-1/9-2т, КВГ-2,5-95 (табл. 4.9) Таблица 4.9 Характеристика блочно-передвижных котельных Марка

УВИ-0,1 УВИ-0,15 УВИ-0,2 УВТ-5т ПКУ-1/9-2т

62

Максимальная температура Мощность наГабариты, м воды °С при выходе для гревателя, кВт⋅(Гкал/ч) отопления горячего водо- длина ширина высота снабжения Индукционные водонагреватели 120 (0,1) 95 65 5 2,6 2,5 180 (0,15) 95 65 5 2,6 2,5 240 (0,2) 95 65 7 2,6 2,5 Газовые 5000 (4,3) 95 55 – – – Работающие на твердом топливе 3420 (2,85) 130 70 11,5 3,55 3,3

Масса, кг

7000 8000 9000 – 23200

Рис. 4.6 Блочно-передвижная котельная ПКУ-1/9-2т: 1 – котлоагрегат; 2 – железобетонные блоки; 3 – тамбуры; 4 – угольный скип; 5 – электрическая таль; 6 – монорельс

63

Необходимое количество тепла определяют для каждого объекта в отдельности, а число котлов – по максимальному часовому расходу тепла всеми зданиями и сооружениями, обслуживающими проходку или строительство в целом. В качестве основного теплоносителя проектом, как правило, предусматривается перегретая вода с температурой на входе и выходе соответственно 110 и 70 °С. На практике параметры несколько ниже и составляют соответственно 80°С и 60-70°С. Теплоснабжение в подготовительный период строительства рассчитывают в зависимости от количества зданий и сооружений-потребителей тепла и горячей воды. Основными потребителями тепла являются: административно-бытовой комбинат; мастерские; здания подъемов, компрессорной и калориферной установок; воздух, подаваемый в шахту для проветривания; различные технологические здания, например, бетонорастворный узел и т. д. Расчет количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию и другие нужды производится, как правило, по отработанным отраслевым методикам в зависимости от климатической зоны сооружаемого или эксплуатируемого горнодобывающего предприятия, но специфика строительства требует соответствующего инженерного расчета. Расчет теплоснабжения приведен в главе 10. 4.5. Блочно-передвижные проходческие лебедки В практике шахтного строительства для размещения проходческого оборудования и коммуникаций при оснащении стволов необходимо произвести выбор проходческих лебедок и канатов, на которых все оборудование подвешивается в стволе. Для проходки вертикальных стволов рекомендуется использовать лебедки нового поколения типа ЛПЭП (ГОСТ 7828-80) и установки передвижные проходческие серии ЛПП, техническая характеристика которых приведена в табл. 4.10. Передвижные проходческие лебедки типа ЛПЭП (рис. 4.7) со статическим натяжением каната 63 – 450 кН поставляются заводами в открытом исполнении (т.е. без помещения контейнерного типа), поэтому для их использования следует предусматривать строительство временных зданий. Лебедки типа ЛПЭП должны устанавливаться на унифицированные фундаментные блоки многократного использования и доставляться на строительную площадку в собранном виде на трейлерах или по железной дороге. На базе серийно выпускаемых лебедок по чертежам Донгипрооргшахтостроя Шахтинский ремонтно-механический завод ОАО "Ростовшахтострой" выпускает блочно-передвижные проходческие лебедки с базовым оборудованием полной заводской готовности всех модификаций, необходимых для оснащения вертикального ствола к проходке. Блочно-передвижные проходческие лебедки состоят из следующих основных узлов: базовой проходческой лебедки, металлической рамы в сборе, металлического корпуса с проемом для пропуска каната, окнами и дверью. Крыша съемная и может отделяться от корпуса при замене или ремонте крупногабаритных деталей лебедки. Блочно-передвижная лебедка показана на рис. 4.8. 64

Рис. 4.7. Передвижная проходческая лебедка серии ЛПЭП

В блоке установлен дублирующий пульт управления, пусковая аппаратура, датчик ограничения натяжения каната типа ОНК, установленный на поворотной опоре, которая обеспечивает перемещение и поворот датчика в зависимости от положения каната на барабане и наклоне его в пределах 25-40° относительно линии горизонта. Пульт этого прибора устанавливается в металлическом шкафу. Лебедки в блочно-передвижном варианте устанавливаются на унифицированных блоках типа БФ. Количество и расположение блоков указывается в паспорте. Транспортировка такого вида оборудования в полной заводской готовности производится трайлером или железнодорожным транспортом, если расстояние перевозки превышает 300 км. Техническая характеристика блочно-передвижных проходческих лебедок приведена в табл. 4.11, а общий вид представлен на рис. 4.8. 65

Таблица 4.10

Высота

Длина

Масса, кг

Ширина

Основные размеры, мм

Средняя скорость движения каната, м/с

Диаметр каната, мм

Число слоев навивки

Канатоемкость, м

Ширина, мм

Барабан

Диаметр, мм

Типоразмер

Статическое натяжение каната на 1 слое навивки, кН

Техническая характеристика проходческих лебедок, изготовленных по ГОСТ 7828-80

ЛПЭ-5/500 49,1 500 500 500 10 22,5 0,1 3150 2450 2120 1500 ЛПЭ-5/1000 49,1 500 500 500 10 22,5 0,1 3700 2940 2120 1500 ЛПЭ-5/1000 49,1 850 1300 1000 6 22,5 0,24 5025 3460 3070 1500 ЛПЭ-10/800ТК 98,1 800 850 800 10 33,5 0,1057 7700 3270 2610 1950 2ЛПЭ-10/600 98,1 800 1200 600 6 33,5 0,1 14250 4880 3860 1750 ЛПЭ-18/1400 176,6 1100 1760 1400 8 44,5 0,1 21200 6480 4000 3580 2ЛПЭ-18/1400 176,6 1100 1760 1400 8 44,5 0,1 39520 7300 5130 3580 ЛПЭ-25/900 245,3 1100 1760 900 7 54 0,1 24900 6480 4700 5430 ЛПЭ-45/1300 441,5 2000 2000 1300 6 67 0,1 51200 9000 4900 1340 ЛПЭ-5/300 49,1 570 565 300 6 22,5 0,12 3150 1330 1120 1350 ЛППР-2/300 19,6 410 510 300 6 15,5 0,31 1930 1370 1020 1350 Лебедки, которые могут использоваться как передвижные проходческие серии ЛПП ЛПЭП-10 98,1 710 1380 1500 11 33,5 0,15 11500 6000 3130 2100 ЛПЭП-16 157 900 1340 1500 11 39,5 0,137 15000 7360 3130 2460 ЛПЭП-25 245,3 1120 1320 1500 11 46,5 0,15 24000 8300 3130 3045 ЛПЭП-45 441,5 1500 1500 1500 10 61,5 0,15 37000 9415 3380 3275 Таблица 4.11

66

Длина, мм

1755 4,1 2600 9,54 3360 10,7 3300 13,25 4370 38,25 4370 41,7

Общая масса, т

2955 3600 3800 4300 5600 5600

Число, шт

3600 3600 4670 5460 8950 8950

Инвентарные фундаментальные блоки

Масса, т

Ширина

500 800 500 800 1400 900

Высота

Длина

ЛПЭ5/100 49,1 ЛПЭ10/800 98,1 ЛПЭ5/500 49,1 ЛПЭ10/800 98,1 ЛПЭ18/1400 176,6 ЛПЭ25/900 245,3

Основные размеры, мм Канатоемкость барабана, м

ПЛПЭ-5 ПЛПЭ-10М ПЛПЭ-5А ПЛПЭ-10АМ ПЛП-18Б ПЛП-25Б

Статическое натяжение каната на 1 слое навивки, кН

Типоразмер

Обозначение базовой лебедки

Техническая характеристика блочно-передвижных проходческих лебедок

2 3 2 6 6 6

23,5 35,25 23,5 35,25 70,5 70,5

3600 3600 4980 6112 12830 12830

Рис. 4.8. Передвижная проходческая установка серии ЛПП

67

Основными достоинствами блочно-передвижных проходческих лебедок являются: полное заводское изготовление и малый объем строительно-монтажных работ; небольшие габариты; возможность многократного использования оборудования и фундаментов; отсутствие бросовых объемов и работ по возведению временных зданий для лебедок и укрытий, а также монолитных фундаментов, требующих разборки по окончанию проходки. При оснащении и проходке ствола используют 12-25 проходческих лебедок различной грузоподъемности, при этом фактор многократного использования позволяет значительно удешевить работы. Расположение лебедок блочно-передвижного типа должно быть таким, чтобы не занимать места, где по проекту располагаются постоянные здания и сооружения. Лебедки выбирают в зависимости от конечной глубины ствола, соответствующих нагрузок на оборудование, которое они удерживают и сил трения в шкивах. Выбор лебедок для оснащения вертикальных стволов приведен в главе 8 (раздел 8.3-8.4). От правильного выбора профилактических работ при эксплуатации лебедок в период оснащения и строительства вертикальных стволов во многом зависят скорости проходки. В этой связи специалисты уделяют должное внимание выбору оборудования на стадии проектирования, реализации проекта при оснащении и высококвалифицированному обслуживанию. Основные требования к монтажу и эксплуатации проходческих лебедок.

Проходческие лебедки в блочно-передвижном исполнении должны устанавливаться на инвентарных железобетонных блоках БФ-1, БФ-2. Верхняя отметка инвентарных блоков БФ-1и БФ-2 должна быть выше планировочной отметки почвы не менее, чем на 200 мм. При эксплуатации лебедок фундаменты необходимо систематически осматривать и проверять (в частности, после первоначального их нагружения и экспериментальных динамических нагрузок). Осмотр фундамента должен производиться по всей обнаженной поверхности. Особое внимание при этом следует обращать на появление трещин любого направления. При наличии трещин в любом месте фундамента необходимо ставить маяки и проверять их ежесменно в течение нескольких суток в процессе работы лебедки под нагрузкой. В случае разрыва маяков следует принять меры по укреплению фундаментов. Проходческие лебедки имеют маневровый и предохранительный тормоза с независимым включением приводов, а также стопорные устройства. При предохранительном торможении лебедок с электрическим приводом срабатывают оба тормоза, а двигатель отключается от сети. Грузы предохранительного тормоза имеют ограждение, исключающее попадание под них посторонних предметов и травмирование обслуживающего персонала. Стопорное устройство проходческих лебедок имеет механический привод, а лебедки спасательных лестниц – стопорное устройство с ручным управлением. Под68

вешенный на канате проходческой лебедки груз удерживается двумя тормозами, при этом стопорное устройство должно быть включено. Включение производится после окончания маневровых операций при неподвижном барабане. Опускание осуществляется при включенном стопорном устройстве. Проходческие лебедки имеют электрический привод; лебедки, предназначенные для спасательных лестниц, имеют комбинированный привод (механический и ручной). Механический привод проходческих лебедок обеспечивает линейную скорость перемещения каната на последнем (верхнем) слое навивки на барабан, не превышающую 0,15 м/с, а лебедок спасательной лестницы – 0,35 м/с. Напряжение на пусковые аппараты лебедок подается перед началом спускоподъемных операций и отключается по их окончании. Производство спуска грузов лебедками под действием собственного веса запрещается. Проходческие лебедки с электроприводом имеют: − манометр (для лебедок с пневматическим растормаживанием предохранительного тормоза); − максимальную и нулевую защиту. Проходческие лебедки с электроприводом, используемые для подвески проходческих полков, опалубки, а также лебедки для наращивания технологических трубопроводов, установки элементов армировки при подготовке к эксплуатации должны быть оборудованы устройствами контроля натяжения канатов с автоматическим их отключением при недопустимом натяжении или ослаблении каната (более чем на 10%). Проходческие лебедки имеют блокировки, исключающие: − пуск двигателя при наложенном предохранительном тормозе; − пуск двигателя в направлении спуска при наложенном стопорном устройстве; − пуск двигателя в направлении подъема при отброшенном стопорном устройстве; − растормаживание предохранительного тормоза при чрезмерном износе колодок для лебедок грузоподъемностью выше 10т. Управление лебедками, сигнализация и связь

Управление проходческими лебедками осуществляется с централизованного пульта управления, с пультов управления группами лебедок или с пультов управления отдельными лебедками по сигналам, полученным от рукоятчика. Дистанционное управление с централизованного или групповых пультов управления лебедками осуществляется специально обученным оператором. Вспомогательный персонал, обученный по специальной программе, должен находиться только у полковых лебедок и наблюдать за нормальной их работой. При управлении не с централизованного пульта обученный персонал должен находиться у каждой лебедки, независимо от ее назначения и производить маневры спуска или подъема по сигналам. Таблицы сигналов должны 69

вывешиваться в копре, на центральном пульте управления. При отсутствии центрального пульта таблица с сигналами вывешивается в здании каждой лебедки. Таблица сигналов спускоподъемных операций с подвесным проходческим оборудованием должна разрабатываться для каждого ствола и утверждаться главным инженером шахтопроходческого (шахтостроительного) управления. При управлении группой лебедок электрическая схема управления должна предусматривать возможность совместного и раздельного включения лебедок для выравнивания натяжения в канатах, а также аварийное отключение лебедок (наложение предохранительного тормоза) с места рукоятчика. Осмотр и проверку работы сигнальных устройств и средств связи осуществляют ежесуточно и перед каждой спускоподъемной операцией. Эту работу делает сменный электрослесарь, один раз в неделю – механик участка и один раз в месяц – главный механик или главный энергетик шахтопроходческого управления. Результаты периодических осмотров оборудования, сигнализации и связи в стволе записываются в "Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования", а средства сигнализации и связи на поверхности – в "Книгу осмотра проходческих лебедок и их канатов". Требования к канатам для подвески проходческого оборудования

При оснащении ствола к проходке для навески проходческого оборудования следует применять многопрядные малокрутящиеся канаты (ГОСТ16828-81), закрытые шестипрядные канаты (ГОСТ7668-80). В качестве направляющих канатов следует применять шестипрядные канаты (ГОСТ7668-80) с диаметром наружных проволок не менее 2 мм. Для подвески кабелей следует применять канаты закрытой конструкций (ГОСТ10506-76) или многопрядные канаты (ГОСТ16828-81). Канаты для полков, спасательных лестниц и проходческих бадей перед навивкой на лебедки должны быть испытаны на канатно-испытательной станции. Канаты для навески остального проходческого оборудования перед навивкой на лебедки не испытываются, запас прочности канатов принимается по данным заводского сертификата. Допускается повторное использование снятых канатов для навески проходческого оборудования при условии положительных результатов испытаний отрезка каната, взятого у его нижнего конца, на канатно-испытательной станции и инструментального контроля потери сечения металла проволок. Срок службы повторно используемых канатов определяется предельным сроком службы, установленным требованиям ПБ для канатов данного назначения, за вычетом времени их предыдущей эксплуатации. Отрезку каната для испытаний необходимо производить только механическим способом (дисковой пилой трения, ножовкой и др.). Канаты для навески проходческого оборудования должны осматривать еженедельно специально назначенные электрослесари, два раза в месяц – механик участка и один раз в месяц – главный механик шахтопроходческого 70

управления. Не реже одного раза в месяц производится осмотр канатов у жимков и коушей. Результаты осмотров заносятся в ''Книгу осмотра проходческих лебедок и их канатов''. Если в процессе эксплуатации канаты подверглись экстремальным нагрузкам (заклинивание подвесного проходческого полка и т.п.) работа должна быть немедленно прекращена для осмотра канатов. Результаты осмотра должны быть занесены в ''Книгу осмотра проходческих лебедок и их канатов''. Допускается соединять (наращивать) канаты в стволе при помощи когтей, испытанных в установленном порядке. Места соединения канатов не должны переходить через шкив при маневрах с оборудованием. Запрещается соединять канаты для навески спасательных лестниц, проходческих люлек и направляющие канаты. Устройства для соединения канатов следует осматривать один раз в неделю, кроме того – раз в три месяца проверять надежность соединения канатов путем подтяжки гаек. При навивке каната на барабан между слоями должны укладываться прокладки (футеровка). Толщина прокладок из листовой стали принимается от 1 до 3 мм в зависимости от грузоподъемности лебедки и диаметра каната. Листы прокладок должны укладываться с зазором между ними, равным 80-100 мм или в нахлестку. Длина прокладки должна строго соответствовать ширине барабана лебедки. До навивки каната, его следует прикрепить к барабану лебедки в специально предусмотренных устройствах не менее чем тремя жимками. При работе категорически запрещается сматывать с барабана лебедки витки трения (не менее 5 витков). Круглопрядные канаты для навески проходческого оборудования (кроме полковых и направляющих) должны быть заменены, если на каком либо участке, равном шагу свивки, количество оборванных проволок достигнет 10% общего числа проволок каната или, если утонение каната за время работы достигнет 10% от номинального диаметра. Круглопрядные канаты для навески полков должны быть заменены, если: − на каком-либо участке равном шагу свивки, число обрывов проволок достигнет 5% общего количества проволок в канате; − утонение за время работы составит более 10% номинального диаметра; − потеря сечения металла при инструментальном контроле достигнет 20%, при этом первая инструментальная проверка потери сечения должна производиться не позднее, чем через 3 года со дня навески, и затем через каждые 6 месяцев; а при потере сечения 15% и более – через каждые 3 месяца. Результаты замера должны быть занесены во II раздел "Книги осмотра проходческих лебедок и их канатов". Круглопрядные канаты для подвески проходческого оборудования, которые могут быть проверены на потерю сечения металла по всей длине, подлежат замене при потере сечения металла на 20%. Сроки проверки те же, что и для полковых канатов. Предельный срок службы круглопрядных канатов для навески проходческого оборудования, которые не могут быть проверены на потерю сечения металла (канатов подвески трубопроводов, кабелей и др.), не должен превышать 3 лет. 71

Направляющие канаты подлежат замене, если: − на каком-либо участке, равном шагу свивки, количество оборванных проволок достигнет 10% общего их числа в канате; − износ наружных проволок достигнет половины их диаметра; − потеря сечения металла при инструментальном контроле достигнет 18%, при чем первая проверка потери сечения металла направляющих канатов должна производиться не позднее чем через 1,5 года со дня навески, а затем через каждые 6 месяцев; − при потере сечения металла 15% и более – через 3 месяца. Канаты для навески механических грузчиков (например, грейферов КС-2У/40) должны осматривать ежесуточно специально выделенное лицо, при этом определяется число оборванных проволок на шаге свивки. Канаты грузчиков заменяются через каждые два месяца, а также при наличии 5% обрывов проволоки на шаге свивки или уменьшении диаметра каната на 10% от номинального. Канат маркшейдерского отвеса должен быть снят и заменен новым, если на нем обнаружены "жучки", нарушение свивки и наличие более 10% обрывов проволок на одном шаге свивки. На всех проходческих лебедках навешивать или продолжать работу канатами с порванными, выпученными или запавшими прядями, а также прядями с "жучками" и другими повреждениями запрещается. Для защиты от коррозии канаты следует смазывать специальными смазками ("Торспол-35Э" и др.). При длительном хранении канаты необходимо периодически, не реже одного раза в год, осматривать и обязательно смазывать по поверхности витков внешнего ряда. Канаты должны храниться на барабане с горизонтально расположенной осью в сухом закрытом помещении с деревянным полом или настилом. 4.6. Блочно-передвижные вентиляторные установки. Выбор вентилятора Блочно-передвижная проходческая вентиляционная установка УПВЦП-16А создана на базе вентилятора ВЦП-16 и предназначена для проветривания шахтных стволов глубиной до 1400 м, проходимых с помощью буровзрывных работ. Она состоит из передвижного вентилятора ПВЦП-16, блока управления, реверсивного устройства, передвижной установки местного проветривания ВМ-8М. Вентиляторная установка рассчитана на работу с металлическими трубопроводами диаметром 800-1000 мм. Блочно-передвижной вентилятор ПВЦП-16, состоит из металлической рамы, на которой смонтирован серийный вентилятор ВЦП-16, привод направляющего аппарата и навес для укрытия электродвигателя. В конструкции рамы предусмотрены приливы и отверстия для крепления вентилятора к фундаментным блокам анкерными болтами. Вентилятор при монтаже в рабочем положении устанавливается на два унифицированных блока БФ-1. 72

Блок управления установки представляет собой утепленное помещение, в котором располагается аппаратура управления вентиляторной установкой. Помещение блока представляет собой металлический каркас с утепленными стенами, полом и кровлей. Внутри выполнена отделка пластиком и древесноволокнистыми плитами. Блок имеет освещение и электрические обогреватели типа ПТ или ПЭТ-2У3. В настоящее время для оснащения вертикальных стволов принимают блочно-передвижные вентиляторные установки УПВПП-16Б, основные характеристики которых соответствуют модификации приведенной в табл. 4.12. Таблица 4.12 Техническая характеристика блочно-передвижной вентиляторной установки УПВПП-16А Число машинных блоков установки …….…………………… Вентилятор ПВЦП-16А тип базового вентилятора …………………………….. подача, м3/с ….………………………………………….. давление, даПа..………………………………………… Приводы: тип электродвигателя ………………………………….. мощность, кВт ………………………………………….. частота вращения, об/мин ……………………………... Основные размеры блока вентилятора, мм длина ……………………………………………………. ширина ………………………………………………….. высота …………………………………………………… Масса (без фундаментов), кг ………………………………… Блок управления: размеры, мм длина ……………………………………………………. ширина ………………………………………………….. высота …………………………………………………… Общая масса установки с фундаментными блоками, кг ……

2 ВЦП-16 10-46 200-920 АО 114-12-8-64 60, 90, 120, 250 485, 740, 985, 1480 5500 2140 3020 6765 3670 2520 3150 34360

Вентиляторные установки предназначены для удаления вредных газов из ствола, подачи свежего воздуха и обеспечения постоянной циркуляции воздушной струи от поверхности до забоя (рис.4.9).

Рис. 4.9 Схемы проветривания вертикальных стволов: а – нагнетательная; б – всасывающая; в – комбинированная.

Из трех возможных схем проветривания: нагнетательной, всасывающей и комбинированной, при проходке вертикальных стволов, как правило, при73

меняют нагнетательную, при которой наиболее эффективно происходит разжижение вредных газов и их удаление. Вентиляторные установки для проветривания стволов монтируются на поверхности и должны находиться не ближе 20 м от устья ствола и работать непрерывно. На газовых шахтах в соответствии с "Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах" необходимо устанавливать резервный вентилятор с электрооборудованием. Воздухозаборные устройства должны располагаться таким образом, чтобы обеспечить санитарные нормы подаваемого в шахту воздуха. Кроме блочно-передвижных вентиляторных установок возможно применение других марок вентиляторов, соответствующих стадии проходки ствола – проходке устья, технологического отхода или ствола глубиной 100-110 м, сообразно достаточности обеспечения надежного проветривания и экономической целесообразности по факторам стоимости электроэнергии, подогрева воздуха и др. Расчет количества воздуха, необходимого для проветривания забоя, в соответствии с требованиями Правил безопасности должен выполняться в соответствии с "Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт" (МУП СССР, Макеевка – Донбасс, 1989 г.).Без проведения соответствующих расчетов невозможно аргументировано выбрать тип вентилятора при оснащении ствола к проходке. Причем данный расчет производят на несколько этапов проходки ствола по его протяженности. Расчет количества воздуха, подаваемого в забой вертикального ствола, производится по следующим факторам: − по газам, образующимся при взрывных работах; − по минимальной скорости в призабойном пространстве в зависимости от температуры и влажности; − по минимальной скорости в выработке; − по максимальному количеству одновременно работающих людей в забое; − по метановыделению. 1. Расчет необходимого количества воздуха по газам, обр а з у ю щ и м с я п р и в з р ы в н ы х р а б о т а х , м3/с, производится по формуле: Qз.п.

2 2 0,0375 Vвв S l п.кр. К обв 3 = , 2 Т К ут.тр.

где Vвв – объем вредных газов, образующихся после взрывания, л; Vвв = 100Вуг + 40Впор; Вуг, Впор – масса одновременно взорванных ВВ соответственно по углю и породе, кг. Если взрывание по углю и породе производится раздельно или в несколько приемов, то при расчете Qз.п. принимается максимальное значение Vвв; S – площадь поперечного сечения выработки в свету, м2; 74

lп.кр. – критическая длина, м, которая определяется по формуле: l п.кр. =

12,5Vвв К т.д. К с

, Кт.д. – коэффициент турбулентной диффузии приниS маемый по табл. 4.13; Кс – коэффициент, учитывающий совместное влияние 0,88 К с1 обводненности и глубины, и определяемый по формуле К с = ; Н с + tп − tс Нс – глубина ствола от поверхности до расчетного пункта, м; Kc1– коэффициент, учитывающий влияние обводненности ствола и определяемый по табл. 4.14 в зависимости от притока воды в ствол; tп – температура пород на глубине Нс. Принимается по данным геологоразведки, а при ее отсутствии принимается по Единой методике прогнозирования темпераl турных условий в угольных шахтах исходя из соотношения t п = Т з.п. + ст ; Г ср tс – среднемесячная температура атмосферного воздуха для июля, принимаемая по данным, приведенным в Единой методике прогнозирования температурных условий в угольных шахтах, для Российского Донбасса tс = 23°С; Тз.п – средняя температура земной поверхности геотермического района, °С; lств – глубина ствола, м; Гср – средняя величина геотермической ступени для данного геотермического района. Кобв – коэффициент обводненности, принимаемый в соответствии с в табл. 4.15; Кут.тр. – коэффициент утечки воздуха. Для прорезиненных труб значения Кут.тр. приведены в табл. 4.16; при проветривании ствола по металлическому трубопроводу коэффициент утечек воздуха Кут.тр для жестких вентиляционных труб определяется по формуле 2

l тр 1  К ут.тр. =  К ут.ст. d тр R тр + 1 , l зв 3  где Кут.ст. – коэффициент удельной стыковой воздухопроницаемости трубопровода диаметром 1 м, принимаемый по табл. 4.17; lзв – длина звена трубопровода, м; Rтр – аэродинамическое сопротивление жесткого трубопро6,5 ⋅ α ⋅ l тр , вода без утечек воздуха, кµ, определяемая по формуле R тр = 5 d тр где α – коэффициент аэродинамического сопротивления металлического воздухопровода, принимаемый в зависимости от состояния труб по табл. 4.18. Т – время проветривания выработки после взрывания, мин; принимаемое равным в соответствии с ПБ не более 30 мин; Аэродинамическое сопротивление (кµ) металлических труб без учета утечек может определяться по табл. 4.19. 75

Таблица 4.13 Значения коэффициента турбулентной диффузии свободной струи

l зтр d тр.п.

l зтр d тр.п.

Кт.д. 0,247 0,262 0,276 0,287 0,300

3,22 3,57 3,93 4,28 4,80

l зтр d тр.п.

Кт.д. 0,335 0,395 0,460 0,529 0,600

5,40 6,35 7,72 9,60 12,10

Кт.д. 0,672 0,744 0,810 0,873

15,80 21,85 30,80 48,10

Примечание. lз.тр – расстояние от конца вентиляционных труб до забоя, м; dтр.п – приведенный диаметр трубопровода, м. При проходке ствола принимается равным 1,5dтр при использовании одного трубопровода и 1,5(dтр1 + dтр2) при использовании двух параллельных трубопроводов. Таблица 4.14 Значения коэффициента Кс1 Приток воды, м3/час

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Kc1

18,4

13,0

10,6

9,2

8,2

7,5

6,9

6,5

6,1

Таблица 4.15 Значения коэффициента обводненности Характеристика выработки

Кобв

3

Стволы сухие любой глубины с притоком до 1м /час и обводненные глубиной не более 200 м. Горизонтальные и наклонные выработки проводимые по сухим породам Стволы обводненные, глубиной более 200 м с притоком до 6м3/час. Капеж. Горизонтальные и наклонные тупиковые выработки, частично проводимые по водоносным породам Стволы обводненные, глубиной более 200 м с притоком от 6 до 15м3/час, капеж в виде дождя. Горизонтальные и наклонные тупиковые выработки, на всю длину проводимые по водоносным породам или с применением водяных завес Стволы обводненные, глубиной более 200 м с притоком более 15м3/час, капеж в виде ливня

0,8 0,6 0,3 0,15

Таблица 4.16 Значения коэффициента утечек воздуха для гибких вентиляционных трубопроводов из труб типа 1А и 1Б при длине звена 20 м Расход воздуха в конце трубопровода, м 3 /с

1

Коэффициент утечки воздуха при длине трубопроводов, м 50

100

200

300

400

500

600

700

800

900 1000 1200 1400 1600 2000

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1,90 2,11 2,35 2,62 2,93

2,10 2,40 2,73 3,12 3,57

13

14

15

16

Для труб диаметром 0,6 м 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

76

1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01

1,02 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03

1,07 1,08 1,08 1,09 1,10 1,10 1.11

1,14 1,15 1,17 1,18 1,20 1,21 1.23

1,22 1,24 1,27 1,30 1,33 1,36 1,39

1,31 1,36 1,41 1,46 1,51 1,57 1,62

1,43 1,50 1,58 1,66 1,74 1,83 1,93

1,56 1,67 1,79 1,91 2,04 2,19 2,34

1,72 1,87 2,04 2,23 2,43 2,65

2,60 3,23 4,06 6,47 3,12 4,14 5,57 3,76 5,32 4,54

продолжение табл. 4.16 1 4.0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

2 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01

3 1,03 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,05 1,05

4 1,12 1,12 1,13 1,14 1,14 1,15 1,16 1,16 1,17

5 1,24 1,26 1,28 1,29 1,31 1,33

6 7 8 1,43 1,68 2,03 1,46 1,74 1,49 1,53

9

10

11

12

13

14

15

16

1,47 1,52 1,58 1,63 1,69 1,74 1,80 1,87 1,93 2,00 2,06 2,13 2,21 2,28 2,36

1,57 1,63 1,70 1,77 1,85 1,93 2,01 2,09 2,18 2,27 2,37 2,47 2,57

1,79 1,89 2,01 2,13 2,25 2,39 2,53 2,68 2,85

2,04 2.21 2,39 2,58 2,79 3,02 3,26 3,53 3,82

2,35 2.60 2,87 3,17 3,50 3,88 4,29 4,75

3,13 3,63 4,23 4,90

1,38 1,40 1,42 1,45 1,47 1,50 1,53 1,55 1,58 1,61 1,63 1,66 1,69 1,72 1,75 1,78 1,81 1,84 1,88 1,91

1,51 1,55 1,59 1,62 1,66 1,71 1,75 1,79 1,84 1,88 1,93 1,98 2,03 2,08 2,13 2,18 2,23 2,29 2,35

1,67 1,72 1,78 1,84 1,90 1,96 2,03 2,09 2,16 2,24 2,31 2,39 2,47 2,55

1,84 1,92 2,00 2,09 2,18 2,27 2,37 2,48 2,58 2,69 2,81 2,93

2,27 2,42 2,58 2,75 2,93 3,13 3,34 3,56 3,80

Для труб диаметром 0,8 м 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4.0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0

1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01

1,01 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02

1,04 1,04 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,08 1,08

1,08 1,08 1,09 1,09 1,10 1,10 1,11 1,11 1,11 1,12 1,12 1,13 1,13 1,14 1,14 1,15 1,15 1,16 1,16 1,16

1,13 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,17 1,18 1,19 1,20 1,21 1,22 1,22 1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,28 1,29

1,18 1,19 1,21 1,22 1,23 1,24 1,26 1,27 1,29 1,30 1,31 1,33 1,34 1,36 1,37 1,39 1,40 1,42 1,43 1,45

1,24 1,26 1,28 1,30 1,32 1,34 1,36 1,38 1,40 1,43 1,45 1,47 1,49 1,52 1,54 1,56 1,59 1,61 1,64 1,66

1,31 1,34 1,37 1,39 1,42 1,45 1,48 1,52 1,55 1,58 1,61 1,65 1,68 1,72 1,75 1,79 1,83

1,39 1,43 1,46 1,50 1,54 1,59 1,63 1,67 1,72 1,77 1,82 1,86 1,92 1,97 2,02 2,08 2,13

Для труб диаметром 1,0 м 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01

1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04

1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,07 1,07 1,07 1,07 1,07 1,08 1,08 1,08 1,08 1,08 1,08 1,09 1,09 1,09

1,09 1,09 1,09 1,10 1,10 1,10 1,11 1,11 1,11 1,12 1,12 1,12 1,13 1,13 1,13 1,14 1,14 1,14 1,15 1,15

1,12 1,13 1,13 1,14 1,14 1,15 1,15 1,16 1,16 1,17 1,17 1,18 1,19 1,19 1,20 1,20 1,21 1,21 1,22 1,22

1,16 1,17 1,18 1,19 1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,27 1,28 1,29 1,30 1,31 1,31

1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,29 1,30 1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,37 1,38 1,39 1,40 1,41 1,43

1,26 1,27 1,29 1,30 1,32 1,33 1,35 1,36 1,38 1,39 1,41 1,43 1,44 1,46 1,47 1,49 1,51 1,53 1,54 1,56

1,32 1,33 1,35 1,37 1,39 1,41 1,43 1,45 1,47 1,49 1,51 1,54 1,56 1,58 1,60 1,63 1,65 1,67 1,70 1,72

77

Таблица 4.17 Значения коэффициента удельной стыковой воздухопроницаемости для жестких трубопроводов Способ уплотнения стыков Уплотнение стыков резиновыми прокладками с обмазкой синтетической мастикой Уплотнение стыков при помощи прокладок из пенькового каната и промасленного картона Уплотнение стыков резиновыми прокладками с дополнительным уплотнением пеньковым щитом, пропитанным кабельной мастикой Уплотнение при помощи резиновых прокладок

Кут.ст 0,0002 0,0003 0,0004 0,0006

Таблица 4.18 Значение коэффициента α для стальных труб в зависимости от их состояния Диаметр труб, м 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2

Значение коэффициента α⋅ Труб, бывших в Новых труб употреблении 0,00037 0,00046 0,00036 0,00045 0,00035 0,00044 0,00035 0,00044 0,00031 0,00039 0,00029 0,00036 0,00027 0,00034 0,00025 0,00031 0,00023 0,00029 Таблица 4.19

Аэродинамическое сопротивление жестких металлических трубопроводов Длина трубопровода, м 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Аэродинамическое сопротивление трубопровода, кµ, при диаметре труб, мм 400 500 600 700 800 900 1000 22,9 7,28 2,93 1,16 0,57 0,31 0,163 45,7 14,56 5,85 2,32 1,15 0,62 0,33 68,6 21,84 8,78 3,48 1,72 0,92 0,49 91,4 29,1 11,7 4,64 2,29 1,23 0,65 114,3 36,4 14,63 5,8 2,86 1,54 0,82 43,68 17,55 6,96 3,44 1,85 0,98 51,0 20,48 8,12 4,0 2,16 1,14 58,24 23,4 9,28 4,58 2,47 1,3 65,5 26,33 10,44 5,15 2,77 1,46 72,8 29,26 11,6 5,72 3,08 1,63 87,36 35,1 13,92 6,87 3,7 1,95 101,9 41,0 16,24 8,02 4,32 2,28 116,48 46,8 18,56 9,16 4,93 2,6 131,0 54,66 20,88 10,3 5,55 2,93 145,6 58,5 23,2 11,45 6,16 3,25

1200 0,055 0,11 0,165 0,219 0,274 0,329 0,384 0,439 0,494 0,549 0,658 0,768 0,878 0,987 1,097

Примечание. Приведенные в таблице данные необходимо умножать на поправочный коэффициент 1,2-1,5 в случае если трубы деформированы, изношены, имеют пробоины. 78

2. Расчет расхода воздуха по минимальной скорости в в ы р а б о т к е , м3/с, производится по формуле

Q2 = Vmin Sсв, где Vmin – минимально допустимая скорость воздуха. В соответствии с §205 ПБ для тупиковых выработок негазовых шахт и при проходке и углубке стволов принимается равной 0,15 м/с; шахт I и II категорий – 0,25 м/с; шахт III категории – 0,5 м/с. 3. Расчет расхода воздуха по минимальной скорости в призабойном пространстве в зависимости от темпер а т у р ы , м3/с, производится по формуле

Q3 =

1 V т. min S св , 3

где Vт.min – минимально допустимая скорость воздуха в призабойном пространстве в зависимости от температуры. Согласно §635 ПБ принимается равной 0,25 м/с. 4. Расчет расхода воздуха по максимально возможному к о л и ч е с т в у о д н о в р е м е н н о р а б о т а ю щ и х л ю д е й в з а б о е , м3/с, определяется формулой

Q4 = 0,1⋅n, где n – максимально возможное количество работающих людей в забое. 5. Расчет расхода воздуха по максимальному метанов ы д е л е н и ю для пластов, пересекаемых стволом, рассмотрим на конкретном примере Расход воздуха в призабойном пространстве ствола по ожидаемому метановыделению, м3/с: Qз.п. =

1,667 ⋅ I з.п. , С − Со

где С – допустимая концентрация метана в призабойном пространстве, согласно ПБ принимается равной 1%; Со – концентрация метана в струе воздуха, поступающего в призабойное пространство по нагнетательному трубопроводу; при проходке вертикальных стволов Со = 0 %. Ожидаемое метановыделение в призабойном пространстве ствола при пересечении газоносных пластов, м3/мин

Iз.п.= Iпов + Iоу, Iпов – метановыделение из неподвижных поверхностей пересекаемого пласта, м3/мин; Iоу – метановыделение из отбитой угольной массы, м3/мин. 79

I пов =

1,57 D2

mз

cos β

k −1 k −1 ⋅ а ⋅1440 1 ( х − х o ) y T 1

а – эмпирический коэффициент, а = 0,045; k1 – показатель, характеризующий темп снижения интенсивности метановыделения во времени – 0,5; у – показатель зависимости начальной интенсивности метановыделения с единицы площади обнажения от метаноносности угольных пластов y = 2; D2 – диаметр ствола в проходке, м; D2 = 9,0 м; mз – максимальная мощность угольных пачек пласта в заходке, м; Т – время, прошедшее с момента взрыва, мин. При расчете максимального метановыделения Т = 1 мин; x – природная метаноносность пласта, м3/т; xо – остаточная метаноносность пласта, м3/т;

xо = 0,01 xог (100 – W – Аз); xог – остаточная метаноносность углей, м3/т горючей массы. Параметры угля τу; νr; x; W; Аз принимаются по геологическим данным:

Пласт 1

xо = 0,01⋅2(100 – 0,62 – 13,6) = 1,72 м3/т

Пласт 2

xо = 0,01⋅2(100 – 0,85 – 11,9) = 1,75 м3/т

Пласт 3

xо = 0,01⋅2(100 – 0,38 – 41,2) = 1,16 м3/т

Пласт 4

xо = 0,01⋅2(100 – 0,66 – 61,6) = 0,76 м3/т

Природная метаноносность пластов определяется из выражения: 100 − Wp − Aз 3 х = хог , м /т 100 100 − 0,62 − 13,6 х1 = 4,34 = 3,72 м3/т, 100 100 − 0,85 − 11,9 х2 = 20,5 = 17,89 м3/т, 100 100 − 0,38 − 41,2 х3 = 22,4 = 13,09 м3/т, 100 100 − 0,66 − 61,45 х4 = 13,88 = 5,26 м3/т; 100

80

I пов1 =

1,57 ⋅ 9 ⋅ 0,4 3 ⋅ 0,35 ⋅ 1440 0,5−1 (3,72 − 1,72) 2 10,5−1 = 0,03 м /мин, 0,94

I пов 2 =

1,57 ⋅ 9 ⋅ 0,7 3 ⋅ 0,035 ⋅1440 0,5−1 (17,89 − 1,75) 2 10,5−1 = 2,3 м /мин, 0,98

I пов3 =

1,57 ⋅ 9 ⋅ 0,4 3 ⋅ 0,045 ⋅1440 0,5−1 (13,09 − 1,16 ) 2 10,5−1 = 0,95 м /мин, 0,98

I пов 4 =

1,57 ⋅ 9 ⋅1,6 3 ⋅ 0,045 ⋅1440 0,5−1 (5,26 − 0,76) 2 10,5−1 = 0,6 м /мин. 0,96

Метановыделение из отбитой массы: I оу =

0,000175D22 m з γ у cos β

⋅ х2 ⋅l

− ау Т

, м3/т

где ау – коэффициент, характеризующий изменение интенсивности метано−0,086 ( х − хост ) выделения из отбитой массы а у = 0,5 ⋅ l , где хост – остаточная метаноносность отбитого угля хост = 0,038 ⋅ х1,8 , м3/т. 3

хост1 = 0,038 ⋅ 3,721,8 = 0,4 м /т; 3

хост2 = 0,038 ⋅17,891,8 = 6,83 м /т; 3

хост3 = 0,038 ⋅13,091,8 = 3,9 м /т; 3

хост4 = 0,038 ⋅ 5,261,8 = 0,75 м /т; а у1 = 0,5 ⋅ 2,718

−0, 086 (3, 72−0, 4 )

а у 2 = 0,5 ⋅ 2,718 а у3 = 0,5 ⋅ 2,718 а у4 = 0,5 ⋅ 2,718 I оу1

−0, 086 (17,89−6,83)

−0, 086 (13, 09−3,9 ) −0, 086 (5, 26−0, 75 )

= 0,2 ;

= 0,23 ; = 0,19 ;

0,000175 ⋅ 9 2 ⋅1,46 3 = ⋅ 3,72 2 ⋅ 2,7180,38 = 0,47 м /т; 0,94

I оу2 = I оу 3

= 0,38 ;

0,000175 ⋅ 9 2 ⋅1,65 3 ⋅17,89 2 ⋅ 2,7180, 2⋅1 = 9,32 м /т; 0,98

0,000175 ⋅ 9 2 ⋅ 1,65 3 = ⋅ 13,09 2 ⋅ 2,7180, 23⋅1 = 5,15 м /т, 0,98

I оу4 =

0,000175 ⋅ 9 2 ⋅ 2,08 3 ⋅ 5,26 2 ⋅ 2,7180,19⋅1 = 1,03 м /т. 0,96 81

К дальнейшему расчету принимаются значения полученные при расчете пласта 2

Iз.п. = 2,3 + 9,32 = 11,62 м3/мин. Расход воздуха в призабойном пространстве ствола по ожидаемому метановыделению: Qз.п. =

1,667 ⋅ 11,62 3 = 19,4 м /с. 1

Для выбора вентилятора при оснащении вертикального ствола принимается максимальное значение расхода воздуха, необходимого для проветривания забоя ствола, полученное по пяти факторам. Как правило, наибольшее количество воздуха необходимо для проветривания призабойного пространства ствола по фактору газов, образующихся после проведения взрывных работ. Развиваемое вентилятором давление (напор) определяется из выражения: H = R тр Q 2 ; где Q - производительность (подача) вентилятора, м3/с, или необходимый расход воздуха для проветривания выработки. Rтр – аэродинамическое сопротивление трубопровода, кµ, (табл. 4.19). По рассчитанным значениям подачи и напора подбирается подходящий вентилятор, имеющий соответствующие характеристики. Характеристики вентиляторов, применяемых для проветривания стволов при проходке, приведены в табл. 4.20. Рабочий режим (угол наклона лопастей, КПД, мощность) определяется путем наложения аэродинамических характеристик вентилятора и вентиляционного трубопровода. Для проветривания стволов применяют металлические трубы диаметром от 0,5 до 1,2 м, длиной 4 м. Трубы изготавливают из листовой стали толщиной 2,0-2,5 мм. Соединение труб – фланцевое на болтах. Стыки труб в обязательном порядке уплотняют прокладками из картона или резины. Число болтов при соединении фланцев вентиляционных труб зависит от диаметра труб и составляет: Диаметр трубопровода, м Число болтов в соединении

0,5 8

0,6 10

0,7 12

0,8 14

0,9 16

1,0 18

1,2 20

Техническая характеристика металлических вентиляционных труб приведена в табл. 4.21. 82

Таблица 4.20 Техническая характеристика вентиляторов Показатели

Осевые вентиляторы ВМ-6м ВМ-8м

Центробежные вентиляторы

ВМ-12м ВМЦ-6 ВМЦ-8

ВЦ-9

ВЦ-11м

ВЦ-16

ВЦ-25т ВЦ-31,5

ВЦ-15 ВШЦ-16 ВЦП-15 ВЦП-16

Диаметр рабочего колеса, мм 600

800

1200

600

800

900

1100

1600

2500

3150

1500

1600

1500

1600

Количество оборотов в ми2950 нуту

2960

1470

2950

2950

2970

1500

1000 750

600

600 500

1500 1000

1000

1500 1000

1480 985

Подача, м3/с: минимальная

2,3

4

10

1,4

1,5

5

5,5

12

25

45

10

12

10

10

максимальная

8

13

32

9,2

10,7

27,1

21

42

95

160

50

43

50

46

минимальное

74

78,4

78

157

137

313

1350

1100

1200

1600

1400

1100

1400

2000

максимальное

333

412

1000

700

882

1000

3900

3250

4700

5100

8000

3300

8000

9200

24

52

110

55

75

250

54

125

630

800

315

100

длина

1050

1450

1945

1700

1495

3200

3470

3500

5615

ширина

730

880

1345

1350

1200

1500

4230

3100

5900

высота

750

100

1500

1795

1430

1800

2370

3390

2940

Масса, кг

350

650

2300

1080

1400

3694

2350

3541

4950

Статическое давление в рабочей зоне, даПа:

Мощность электродвигателя, кВт

отвода 200-250

Основные размеры, мм:

83

Таблица 4.21 Техническая характеристика металлических вентиляционных труб Диаметр труб

Толщина стенки труб, мм

Вес 1 м труб, кг

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2

2 2 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0

141 168 240 275 366 407 488

Вес всех соединительных деталей (болты, хомуты) без анкеров и тяг на 1 м, кг 0,97 1,01 1,06 1,11 1,15 1,2 1,3

Общий вес 1м трубопровода, кг 141,97 169,01 241,06 276,1 367,15 408,2 489,3

В стволе трубы подвешиваются на канатах (рис. 4.10,а) или крепятся к стенкам крепи ствола (рис. 4.10,б). Для подвески труб используют проходческие лебедки.

Рис. 4.10. Способы подвески става вентиляционных труб

84

При подвеске на канатах трубы наращивают с поверхности по одной или несколько по мере подвигания забоя. Крепление труб к канатам осуществляют хомутами, где труба и канаты четко фиксируются и зажимаются хомутом. Крепление вентиляционного става к постоянной крепи вертикального ствола осуществляют анкерами при помощи тяг и хомутов. Крепление на кронштейнах из швеллера или двутавра заделываемого в бетонную крепь в настоящее время встречается весьма редко и только в тех случаях, когда анкерами крепить не представляется возможным. Независимо от способа крепления труб к стволу в нижней части трубопровода навешивается гибкая прорезиненная труба соответствующего диаметра. Это необходимо для маневров полка перед и после буровзрывных работ. О б о г р е в в о з д у х а п о д а в а е м о г о в с т в о л . В зимнее время подача холодного воздуха в ствол вызывает обмерзание, возникает опасность обрушения в ствол кусков льда и травмирования людей. Для предотвращения этих явлений в ствол следует подавать воздух, подогретый до температуры не ниже +2°С. При проходке вертикальных стволов также требуется подогрев воздуха. Тип и число калориферов для этих целей определяют в зависимости от поверхности нагрева, величину которой определяют по формуле F=

Qв , K Tcp − t cp

(

)

где К – коэффициент теплоотдачи калорифера, зависящий от модели калорифера, вида теплоносителя, его скорости и скорости воздуха; Тср – средняя температура теплоносителя, °С; tср – средняя температура наружного воздуха, °С. Подробный расчет приведен в главе 8.

4.7. Блочно-передвижные трансформаторные подстанции и высоковольтные распределительные устройства Блочно-передвижные трансформаторные подстанции и высоковольтные распределительные устройства при оснащении стволов предназначены для приема, трансформации и распределения электрической энергии потребителям: проходческим подъемам, лебедкам, компрессорным станциям и т.д. В комплект блочно-передвижного оборудования входят высоковольтное распределительное устройство (ПРУ-6А) и блоки электроснабжения (БЭС-3). ПРУ-6А состоит из двух частей: блока установки шкафов и площадки обслуживания. Обе части устанавливают на фундаменты из унифицированных блоков и соединяют их в соответствии с конструктивными особенностями. Рама, на которой установлено распределительное устройство, имеет закрытый снизу кабельный канал, в котором могут быть размещены кабели. 85

Площадка обслуживания представляет собой помещение, смонтированное на раме. Техническая характеристика блочно-передвижного высоковольтного устройства ПРУ/6А приведена в табл. 4.22. Таблица 4.22 Техническая характеристика блочно-передвижного высоковольтного устройства ПРУ/6А Номинальное напряжение, кВ …………………………………... Номинальный ток сборных шин, В⋅А …………………………... Система сборных шин …………………………………………… Предельный ток короткого замыкания (амплитудное значение), кА …………………………………………………………… Отключающая мощность (максимальная) вводной ячейки, В⋅А Число вводных шкафов КРУН на номинальный ток 600А …… Число шкафов КРУН отходящих линий: на номинальный ток 400А ………………………………………. на номинальный ток 600А ………………………………………. Число шкафов КРУН с трансформатором напряжения ……….. Основные размеры площадки обслуживания, м: длина ………………………………………………………. ширина …………………………………………………….. высота ……………………………………………………… Масса площадки обслуживания, т ……………………………… Основные размеры установки шкафов КРУН, м: длина ………………………………………………………. ширина …………………………………………………….. высота ……………………………………………………... Масса установки шкафов, т …………………………………….. Основные размеры распределительного устройства, м: длина ………………………………………………………. ширина …………………………………………………….. высота ……………………………………………………... Масса распределительного устройства без фундаментных блоков, т ……………………………………………………………… Число фундаментных блоков под установку ………………….. Масса одного блока, кг …………………………………………...

6 600 одинарная не секционированная 52 400 1 5 1 1 2,2 3,39 10 4,8 2,95 3,15 10 14,5 5 3,67 12,3 19,6 9 300

При необходимости высоковольтное устройство может быть смонтировано с другими параметрами, необходимыми по расчетам. Блоки электроснабжения в зависимости от мощности силового трансформатора, наличия конденсаторной установки или распределительного трансформатора, реле утечки и автомата, отключающего разделительный трансформатор, имеют восемь модификаций. Блочно-передвижной комплект для электроснабжения состоит из трансформаторного и низковольтного блоков. Конструктивно трансформаторный блок – это металлическое помещение со съемной крышей, что удобно при монтаже и ремонтных работах. Блок разделен внутренними перегородками на три ячейки с входом в каждую из 86

них снаружи. В зависимости от оборудования блоки могут иметь различные модификации. Конструкция низковольтного блока аналогична помещению трансформаторного блока, но без перегородок. В блоке устанавливаются распределительные панели ЩО-70, реле утечки и автоматический выключатель. Низковольтный блок в зависимости от числа панелей выпускают в различных модификациях. Использование для оснащения проходки вертикальных стволов блочнопередвижного электрооборудования позволяет применять оптимальную схему разводки электроэнергии на площадке.

Контрольные вопросы 1. Назначение, состав и преимущества блочно-передвижного проходческого оборудования. 2. Оборудование и основные характеристики блочно-передвижных проходческих подъемных машин, принципы их размещения вокруг ствола. 3. Правила расчета и выбора подъемных канатов. Основные требования к канатам для подвески проходческого оборудования. 4. Устройство и принципы размещения блочно-передвижных компрессорных станций. 5. Порядок расчета необходимой производительности компрессорной станции для проходки вертикального ствола и второго периода строительства. 6. Оборудование и основные характеристики блочно-передвижных котельных.. 7. Устройство блочно-передвижных проходческих лебедок. Основные требования к монтажу и эксплуатации проходческих лебедок. Сигнализация и связь при управлении лебедками. 8. Схемы проветривания стволов при проходке. Последовательность расчета параметров проветривания забоя вертикального ствола, выбор вентиляционного трубопровода и вентилятора. Применение блочно-передвижных вентиляторных установок. 9. Назначение и состав блочно-передвижных трансформаторных подстанций и высоковольтных распределительных устройств.

87

5. ШАХТНЫЕ ПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ, ПРИЦЕПНЫЕ УСТРОЙСТВА, КАНАТЫ И СОСУДЫ 5.1. Общие сведения Шахтные подъемные машины предназначены для оборудования подъемных установок вертикальных и наклонных стволов шахт, рудников и других горных сооружений. Они применяются для подъема и спуска людей, вспомогательных материалов и оборудования, подъема полезных ископаемых и породы, как при эксплуатации, так и при строительстве горных предприятий. Малые подъемные машины с диаметром барабана до 2,5 м, как правило, применяются для оснащения наклонных стволов, а с диаметром более 2,5 м – для оснащения вертикальных стволов для их проходки с постоянного оборудования. Многоканатные подъемные машины предназначаются для оборудования только вертикальных стволов и устанавливаются на башенных копрах. Подъемные установки с двухэтажными неопрокидными клетями и со скипами показаны на рис. 5.1. При клетевом подъеме (рис. 5.1,а) разгрузочно-погрузочные операции производятся одновременно в клети 1 на нижнем I или промежуточном II горизонтах шахты (соответственно нижняя и промежуточная приемные площадки) и в клети 2 в надшахтном здании III (верхняя приемная площадка) Движение клетей производится подъемной машиной 3 с помощью подъемных канатов 4, переброшенных через направляющие шкивы 5 на копре 6. При вращении двигателем органов навивки канатов один канат навивается, а другой свивается в них, благодаря чему происходит одновременный подъем одной клети и спуск другой. При скиповой установке (рис. 5.1, б) груженая вагонетка 1 разгружается с помощью опрокидывателя 2 в бункер 3, откуда через дозатор 4 загружается скип 5. Одновременно с загрузкой скипа 5 разгружается скип 6 в бункер 7 на поверхности. При установке с опрокидными клетями загрузка их полезным ископаемым аналогична загрузке обыкновенных клетей, разгрузка в бункер на поверхности осуществляется поворотом платформы клети вместе с вагонеткой на угол 135°. Иногда вместо двухклетевой и двухскиповой установок применяется одноклетевая или односкиповая установка с подъемным сосудом на одной ветви каната и противовесом на другой. Подъемная машина для оборудования шахтной подъемной установки состоит из органов навивки подъемных канатов, редуктора, подъемного двигателя, аппаратуры управления и защиты и располагается либо в здании на уровне земли, как показано на рис. 5.1, либо на копре при многоканатных установках 88

Рис. 5.1 Общий вид подъемных установок: а – клетевой; б – скиповой

89

Подъемные машины в большинстве своем принципиально отличаются друг от друга в способе передачи движения канатам: путем навивки на барабан и свивки с него, а также трением, возникающим между барабаном и канатом. Подъемные машины первого типа изготавливаются с органами навивки постоянного и переменного радиуса – цилиндрические, конические и бицилиндрические, с одним и двумя барабанами. Машины второго типа – с одно- и многоканатным ведущим шкивом трения. Подъемные машины с органами навивки в виде цилиндрического барабана получили наибольшее распространение благодаря универсальности и простым схемам строительства фундаментов, зданий, ведения монтажных и наладочных работ. Пределы области применения этих машин по высоте и производительности подъема, как и других машин с органами навивки, определяется в основном канатоемкостью барабанов, максимальной статической нагрузкой и разностью статических напряжений. При оснащении стволов к проходке прогрессивным техническим направлением считается использование постоянных подъемных машин и копровых комплексов, но это отрицательно сказывается на сроках строительства и значительно увеличивает их. Поэтому применение временного или постоянного оборудования требует соответствующего обоснования. В настоящее время широкое распространение получила схема оснащения стволов блочно-передвижным проходческим оборудованием, которая является основной. Это оборудование применяется как для проходки стволов, так и при переоснащении на второй период для проходки выработок околоствольного двора. Для проходки вертикальных стволов возможно применение многоканатных подъемных машин, при этом требуется переоборудование для работы в одноконцевом режиме. Шахтные подъемные машины подразделяют на малые с диаметром барабана до 2,5 м и крупные с диаметром барабана более 2,5 м, требующее строительства зданий в двух уровнях и устройства мощных фундаментов и, в отличие от малых, имеющие механизм перестановки барабанов (перепряжки машины) с дистанционным управлением. Техническая характеристика подъемных машин приведена в табл. 5.1. и 5.2. Буквенные и цифровые обозначения подъемных машин с одним и двумя барабанами диаметром 1200, 1600, 2000, 2500, 3000 мм и т.д. следующие: Ц или 2Ц, БМ или 2БМ соответственно одно- или двух барабанные подъемные машины. Первая цифра после Ц обозначает диаметр барабана, вторая, после знака умножения − ширину барабана в метрах, А − модифицированное исполнение машины. Буква Р после буквы Ц означает, что барабан разрезной. Обозначение подъемных машин с пружинно-грузовыми регулируемыми пневматическими приводами тормозов следующее: первое число указывает количество барабанов, второе − диаметр барабана в метрах, третье − ширину барабана. Так машина 1×3×2У-П – однобарабанная, с диаметром барабана 90

Таблица 5.1

2,5 2,5 3 3

Масса машины с редуктором без электрооборудования, т

1 2 1 2

Ориентировочная установочная мощность двигателя

1×2,5×3 2×2,5×1,2 1×3×2У 2×3×1,5У

Передаточное число редуктора

24,5 39,2 61,7 88,2 24,5 39,2 61,7 88,2 50 50 65 75

три слоя навивки

1 1,2 1.5 2 0,8 0,8 1,1 1,2 1,5 1 2 1,2

два слоя навивки

Статическое натяжение, кН

1,2 1,6 2 2,5 1,2 1,6 2 2,5 2 2 2,5 2,5

один слой навивки

Ширина барабана, м

1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 1 2

Максимальный диаметр каната, мм

Диаметр барабана, м

Ц-1,2×1 Ц-1,6×1,2 Ц-2×1,5 Ц-2,5×2 2Ц-1,2×0,8 2Ц-1,6×0,8 2Ц-2,0×1,1 2Ц-2,5×1,2 БМ-2000/1500 2БМ-2000/1000 БМ-2500/2000 2БМ-2500/1200

Максимальная разность статического натяжения, кН

Тип подъемной машины

Число барабанов

Высота подъема, м

Максимальная скорость подъема, м/с

Техническая характеристика малых подъемных машин с цилиндрическими барабанами

3 4 5 7 3 4 5 7 5 5 6,6 6,6

20; 30 20; 30 20; 30 11,5; 20 20; 30 20; 30 20; 30 11,5; 20; 30 20; 30 20; 30 11,5;20;30 11,5;20;30

75 180 400 630 75 180 400 630

12 17 30 50 14 20 40 60 22,7 31,3 37,5 34

11,5;20;30 11,5;20;30 11,5;20;30 11,5;20;30

650 650 900 900

45,2 50,6 56,6 70,9

Машины с гидравлическим приводом тормозов 24,5 39,2 61,7 88,2 24,5 39,2 61,7 73,5 50 30 65 40

17,5 25 25 32 18,5 25 25 32 25 25 31 31

140 165 300 400 95 90 185 210 280/220 170 430/390 215

325 385 650 880 240 240 435 495 620 400 900 495

515 620 1000 1380 380 390 685 785 965 630 1370 780

Машины с пружинно-грузовым пневматическим приводом тормозов 2 1,2 2 1,5

65 75 130 130

65 65 80 80

31 31 37 37

650/620 360 580/530 420

1380 790 1250 920

2120 1230 1930 1430

8,6 8,6 9,8 9,8

Примечание. В графе "Высота подъема" значения в числителе относятся к одноконцевой системе подъема, в знаменателе – к двухконцевой.

91

Таблица 5.2

Техническая характеристика больших подъемных машин с цилиндрическими барабанами

Тип подъемной машины

Число барабанов

Диаметр барабана, м

Ширина барабана, м

Статическое натяжение, кН

Максимальная разность статического натяжения, кН

Максимальный диаметр каната, мм

один слой навивки

два слоя навивки

три слоя навивки

Скорость подъема, м/с

Передаточное число редуктора

Ориентировочн ая установочная мощность двигателя

Масса машины с редуктором без электрооборудования, т

Высота подъема, м

Ц-3×2,2 Ц-3,5×2,4 Ц-3,5×3,2/0,8 2Ц-3×1,5 2Ц-3,5×1,8 ЦР-4×3/0,7 ЦР-5× 3/0,6 ЦР-6×3/0,6 ЦР-6×3,4/0,6 2Ц-4×1.8 2Ц-4×2,3 2Ц-5×2,4 2Ц-5×2,8 2Ц-6×2,4 2Ц-6×2,8 2Ц-6×2,8У

1 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2

3 3,5 3,5 3 3,5 4 5 6 6 4 4 5 5 6 6 6

2,2 2,4 3,2 1,5 1,8 3 3 3 3,4 1,8 2,3 2,4 2,8 2,4 2,8 2,8

137,2 196 196 137,2 196 245 274,4 313,6 352,8 215,6 245 274,4 548,8 313,6 352,8 548,8

137,2 196 122,5 88,2 176,4 156,8 205,8 235,2 264,6 156,8 156,8 205,8 392 235,2 264,6 392

37,5 43,5 43,5 37 43,5 50 53,5 63 63 50 50 53.5 63 63 63 63

435 485 640 270 330 435 529 499 610 323 445 541 515 413 624 624

955 1070 1370 620 760 950 1159 1118 1390 710 950 1156 140 1000 325 325

1490 1570 2010 980 1185 1485 1780 1738 1990 1120 1400 1700 1760 1420 2000 2000

8 10 10 8 10 12 14 16 16 12 12 14 14 16 16 16

11,5; 20; 30 10,5; 11,5 10,5; 11,5; 30; 20 11,5; 20; 30 10,5; 11,5; 20; 30 10,5; 11,5;-20 10,5; 11,5 10,5; 11,5 10,5; 11,5 10,5; 11,5; 20 10,5; 11,5; 20 10,5; 11,5 – 10,5; 11,5 10,5; 11,5 –

2×500 2×630 2×630 2×500 2×500 2×800 2×1000 2×1250 2×1250 2×800 2×800 2×1000 2×1000 2×1250 2×1250 2×1250

75 105 110 85 96 70 94 116 140 77 99 128 220 156 188 245

Таблица 5.3 Техническая характеристика подъемных машин с бицилиндрическими барабанами Диаметр барабана, м Тип машины БЦК-8/4,5×2,25 БЦК-9/5×2,25 БЦК-9/5×2,50 БЦК-8/5×1,70 БЦК-8/5×2,70

большого

малого

8 9 9 8 8

4,5 5 5 5 5

Ширина барабана, м большого конической малого диаметра части диаметра 2,25 2,25 2,5 1,7 2,7

1 1 1 1 1

0,84 0,84 0,84 0,87 0,87

Статическое Разность Передаточное натяжение, статических число кН натяжений, кН редуктора 365 370 370 550 550

285 300 300 420 450

10,5; 11,5 10,5; 11,5 – 10,5 –

Масса без редуктора, т 260 280 285 315 355

92

3 м и шириной барабана 2 м; индекс У обозначает, что машина усилена, т.е. рассчитана на увеличенную нагрузку, индекс П – что машина правого исполнения, т.е. у машины редуктор и двигатель расположены с правой стороны. Соответственно есть машины и левого исполнения. Обозначения бицилиндрической подъемной машины БЦК-8/4,5×2,25 − бицилиндрическая с разрезным барабаном, 8 − диаметр большого цилиндра (барабана), 4,5 − диаметр малого цилиндра и 2,25 − ширина большого цилиндра, м. Обозначения подъемных машин со шкивом трения ШТ-7,2: ШТ − шкив трения; 7,2 − диаметр шкива трения в метрах. Многоканатные подъемные машины обозначаются МК. Первая цифра в обозначениях соответствует диаметру канатоведущего шкива в метрах, цифра после знака умножения обозначает количество головных канатов. 5.2. Конструкции подъемных машин Малые и большие подъемные машины с цилиндрическими барабанами сходны между собой по компоновке и основным конструктивным решениям. Они изготавливаются с одним или двумя барабанами диаметром от 1,2 до 6 м. Механическое оборудование подъемных машин состоит из следующих укрупненных блоков: редуктора, барабанов с валом и тормозной системы. Конструкции элементов отличаются друг от друга в зависимости от типа подъемной машины. Однобарабанные машины выпускаются с цельным и разрезным барабаном. Первые применяются в одноконцевом режиме работы, вторые – в двухконцевом. В двухбарабанных подъемных машинах один барабан неподвижно закрепляется на валу шпонками, а второй имеет механизм "перепряжки" и может быть отсоединен от вала в основном для того, чтобы обеспечить длины обеих ветвей каната на заданных верхней и нижней отметках. Подъемные машины с цилиндрическими барабанами состоят из ступиц, лобовины, обечайки для намотки каната, вала, тормозных ободов и механизма перестановки (перепряжки). Барабаны могут быть сварной конструкции для удобства транспортирования и монтажа. Наружная поверхность обечайки может футероваться деревом. Тормозные обода в период наладки машины протачиваются для более плотного облегания тормозными колодками. Подъемные машины оснащаются рабочей и аварийной тормозными системами. Подъемные машины с органами навивки переменного радиуса- коническими и бицилиндрическими барабанами, а также многоканатные применяются для глубоких шахт как постоянные подъемные установки и в шахтном строительстве угольных бассейнов России не применяются. Для проходки вертикальных стволов применяются подъемные машины в стационарном и блочно-передвижном исполнении (см. разд. 4.2.), отвечающие требованиям правил безопасности. Эти машины надежны, более просты в эксплуатации и обслуживании, имеют небольшие габариты, удобны в мон93

таже и транспортировке. Область применения подъемных машин на период проходки стволов определяется в каждом конкретном случае в зависимости от глубины стволов, емкости подъемных сосудов, скорости подъемов и ограничивается техническими требованиями проходки и возможностями машины. Для неглубоких стволов, с целью сокращения трудозатрат и стоимости строительства применяют постоянные подъемные машины, постоянные здания, постоянные копры, но вопросы применения постоянных машин для проходки при любых условиях не являются бесспорными и требуют соответствующих объективных расчетов. Для глубоких стволов строительство постоянных сооружений значительно удлиняет срок строительства ствола, а с появлением блочно-передвижного оборудования стоимостной фактор перестает быть определяющим и для неглубоких стволов, но в любом случае требует расчетов по основным определяющим факторам: − срок строительства вертикального ствола в полном объеме и его влияние на строительство шахты в целом; − экономические показатели и их влияние на затраты при содержании общей инфраструктуры применяемого постоянного оборудования, зданий и сооружений. Выбор типа подъемной машины при оснащении

Для обеспечения рационального режима работы подъемной установки важно правильно выбрать тип подъемной машины, а также определить мощность приводного электродвигателя. Для этого, исходя из обеспечения заданной скорости проходки ствола, и в данных условиях возможной производительности работы подъема, определяют основные параметры подъемной установки (максимальную скорость, статическое натяжение канатов, диаметр и ширину барабанов и т.д.) Исходные данные, необходимые для определения основных параметров подъемных установок, следующие: тип подъемной машины: одноконцевая, двухконцевая; высота подъема при соответствующей емкости бадьи Н, м; необходимая часовая производительность А, т/ч; полезный вес груза Qh1, Н; вес порожней бадьи, включая прицепное устройство Qm, Н; продолжительность паузы между двумя подъемами П, с. Длительность пауза при проходке стволов зависит от многих факторов, но в основном при нормальной работе – от мастерства исполнителей, и поэтому в расчетах проектов производства работ при скоростных проходках принимается из хронометражных наблюдений. Количество подъемов в час определяется по требуемой часовой производительности подъемной установки: n= 94

A ⋅ 10000 ; Qп

Продолжительность одного цикла подъема: – для двуконцевого подъема 3600 Тц = ;c n – для одноконцевого подъема 3600 Тц = ;c 2n Время движения бадьи за один цикл Т = Тц − П , с Средняя и максимальная скорости подъема определяются соответственно

Vср =

H ; м/с T

Vmax = α ⋅ Vср , м/с где

α = 1,1–1,4 – коэффициент возможного увеличения скорости.

От правильного выбора подъемного каната зависят размеры органа навивки машины: чем меньше диаметр каната, тем меньше размер барабана и подъемной машины в целом. Поэтому особое внимание следует уделять выбору рационального диаметра каната (порядок расчет приведен в разделе 4.2.), при этом необходимо помнить, что запас прочности каната для подъемных установок всех систем при навеске каната должен быть не менее: 9-кратного – для канатов подъемных установок исключительно для подъема и спуска людей; 7,5-кратного – для канатов грузолюдских подъемных установок; 6,5-кратного – для канатов грузовых подъемных установок 8-кратного – для канатов подъемных установок со шкивом трения (для людских, грузолюдских и грузовых) 7-кратного – для канатов грузовых многоканатных подъемных установок. Для подвесных и прицепных устройств людских подъемных установок, а также для прицепных устройств и дужек проходческих бадей запас прочности должен быть не менее 13-кратного. Диаметр направляющих шкивов Dш и барабанов подъемных машин Dб должен соответствовать требованиям технических условий и Правил безопасности: для подъемных машин, устанавливаемых на поверхности

Д ш = Д б ≥ 80d k ; для подъемных машин, устанавливаемых под землей

Д ш = Д б ≥ 60d k ; где dk – диаметр принятого каната, мм 95

Необходимая ширина барабана подъемной машины: – при одноконцевой навивке  H +l  B =  + а + 2  ⋅ (d k + ε )  π ⋅ Dб  где l=30 м – запасная длинна каната предназначенная для его испытания; a – постоянное число запасных витков каната на барабане ( для барабана с деревянной футеровкой a = 3, для барабанов с металлической футеровкой a = 5); 2 – два витка неиспользуемой ширины барабана; ε = 2-3 мм – зазор между витками каната. При двуконцевом подъеме с однобарабанной машины  H + 2⋅l  B =  + 2а + 2 + а1  ⋅ (d k + ε )  π ⋅ Dб  где a1 – зазор между навивающейся и свивающейся ветвями, равной одному-двум виткам. Необходимая подъемная машина выбирается по всем ранее приведенным параметрам и таблицам 5.3. Проходческие бадьи Проходческая бадья представляет собой металлическую цилиндрическую емкость с выступами для самоопрокидывания и крепления дужки. Различают два типа бадей самоопрокидывающиеся и обычные. В свою очередь самоопрокидывающиеся бадьи разделяются на два типа: с боковыми цапфами и центральными. Бадья предназначена для выдачи породы, доставки материалов, спуска и подъема людей. В настоящее время применяются в основном бадьи БПСМ, техническая характеристика которых приведена в табл. 5.3. Бадья типа БПСМ (рис.5.2 и 5.3) состоит из корпуса 1 и дужки 2. Последняя присоединена к корпусу с помощью осей 3 через проушины 4. На днище корпуса расположен шаровой упор 5 и опоры 6. Упор 5 служит для обеспечения опрокидывания бадьи при разгрузке. На копре имеются карманы 7 для использования их в качестве ступенек при посадке и высадке людей. На верхней кромке корпуса имеются упоры 8 для обеспечения зазора между сложенной дужкой и корпусом, это обеспечивает невозможность травмирования рук проходчиков. Дужки бадей вместимостью более 3 м3 снабжены специальной серьгой (удлинителем) 9 (см. рис. 5.3). Кроме того, у этих бадей в нижней части корпуса имеются проемы 10 для взаимодействия с шаровыми упорами разгрузочного станка в копре при выгрузке породы на поверхности. Отсутствие выступающих частей на корпусе бадьи обеспечивает повышение скорости во время прохода бадьи через полок и улучшает операции по ее разгрузке. 96

Рис. 5.2. Бадья типа БПСМ-3

Рис. 5.3. Бадья типа БПСМ-4,5;5

Кроме проходческих бадей типа БПСМ в эксплуатации находятся бадьи типа БП и БПС. Бадья БП (рис. 5.4) состоит из корпуса 1 и дужки 2, которая присоединена к корпусу с помощью осей 3 через проушины 4. На днище расположены петли 5 для зацепления к устройству опрокидывания в копре.

97

Рис. 5.4. Бадья БП

Рис. 5.5. Бадья БПС

Самоопрокидывающаяся бадья типа БПС (рис. 5.5) состоит из корпуса 1 и дужки 2, соединенных между собой с помощью осей 3 и проушины 4. На корпусе бадьи расположены рамки 5, служащие для направления перемещения бадьи в раструбе проходческого полка и при разгрузке в копре. На днище корпуса расположены петли 6. Техническая характеристика бадей типа БП, БПС и БПСМ приведена в табл. 5.4. Допускается использование бадей других конструкций, если это вытекает из применяемых конструкций разгрузочного устройства и проходческого полка. Бадьи типа БПСМ могут поставляться в виде комплексов оборудования с механизированной разгрузкой, которые изготавливаются в двух конструктивных исполнениях. Первое конструктивное исполнение (рис. 5.6) разработано для бадей БПСМ-0,75,…, БПСМ-3 и состоит из бадьи 1, разгрузочной ляды 2, направляющей рамки 3, и лебедки 4. Разгрузочная ляда представляет собой сварную прямоугольную раму с кронштейном, на котором укреплен ловителем с пазом и направляющими роликами. При разгрузке бадьи штырь на ее днище попадает бобышкой в паз ловителя, а клиновые отбойник, взаимодействуя с элементами ловителя, дают бадье импульс на разворот в удобное положение. Открывание и закрывание ляды осуществляют лебедкой, состоящей из электродвигателя, червячного редуктора, барабана и электромагнитного тормоза. Электрооборудование лебедки выполнено в рудничном взрывобезопасном исполнении. 98

Таблица 5.4 Техническая характеристика проходческих бадей Самоопрокидывающаяся

Обычная

БП-1,5

БП-2,0

БПС-1

БПС-1,5

БПС-2

БПС-2,5

БПС-3

БПС-5,5

БПС-6,5

БПСМ-0,75

БПСМ-1

БПСМ-1,5

БПСМ-2,0

БПСМ-3

БПСМ-4,5

БПСМ-5

БПСМ

БП-1,0

БПС

БП-0,75

Основная характеристика

Вместимость, м3

0,75

1,0

1,5

2,0

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

5,5

6,5

0,75

1,0

1,5

2,0

3,0

4,5

5,0

Грузоподъемность, т

1,5

2,0

3,0

4,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

11,0 13,0

1,5

2,0

3,0

4,0

6,0

9,0

10,0

Основные размеры, мм: диаметр корпуса, D

942 1150 1300 1436 1150 1290 1430 1600 1600 2050 2050 950 1150 1300 1400 1620 1700 2050

высота корпуса, Н

1170 1100 1250 1350 1100 1250 1350 1400 1600 1880 2200 1225 1140 1320 1475 1600 2108 1720

высота габаритная, Н1 1920 1965 2125 2400 1965 2125 2400 2530 2730 3885 4205 1450 1365 2560 1715 1880 2315 1935 диаметр душки, d

50

55

60

70

55

60

70

70

70

80

80

55

60

70

70

70

70

80

Толщина стенки корпуса, δ

6

6

8

8

6

8

8

8

8

10

10

6

6

8

8

8

8

10

280

350

540

665

370

605

730

880

390

580

Вес, кг

940 1690 1950 320

750 1095 1680 1800

99

Рис. 5.6. Комплекс оборудования БПСМ

Второе конструктивное исполнение (рис. 5.7) разработано для бадей типоразмеров БПС-4,5 и БПСМ-5 и состоит из проходческой бадьи 1, направляющей рамки 3. Направляющая рамка включает в себя сварной каркас с зонтом, направляющие ролики и спрямляющий раструб, закрепленный в центральной части каркаса. Разгрузочная ляда 2 – сварная конструкция, на боковых частях которой имеются стойки с выступающими кулаками. При подъеме бадьи ее дужка взаимодействует со спрямляющим раструбом, и бадья разворачивается и удерживается в рамке. При спуске на разгрузку бадья садится фиксаторами на кулаки разгрузочной ляды и опрокидывается. Техническая характеристика комплексов оборудования БПСМ приведена в табл. 5.5. 100

Рис. 5.7. Комплексы оборудования БПСМ-4,5 и БПСМ-5 Таблица 5.5 Техническая характеристика комплексов БПСМ БПСМ-1,5

БПСМ-2

БПСМ-3

БПСМ-4,5

БПСМ-5

Вместимость бадьи, м3 Грузоподъемность бадьи, кг Расстояние между осями направляющих канатов, мм Масса, кг: комплекса направляющей рамки разгрузочной ляды комплекта поставки

БПСМ-1

Характеристика

БПСМ-0,75

Комплекс

0,75 1500

1 2000

1,5 3000

2 4000

3 6000

4,5 9000

5 10000

1250

1450

1600

1700

1900

2000

2350

2430 440 700 2500

2630 450 800 2700

3520 650 1150 3600

4420 730 1600 4500

5420 800 1820 5500

7000 1000 2500 7100

7750 1100 3000 7850 Таблица 101

5.4. Направляющая рамка Направляющая рамка представляет собой металлическую конструкцию зонтикового типа (рис. 5.7). Она состоит из зонта 1, двух направляющих стоек 2, соединенных в нижней части дугой жесткости 3. В нижней части стоек специальные упоры 4, в верхней части свободно вращающиеся ролики 5 для пропуска головного каната. Направляющая рамка предназначена для сопровождения бадьи при ее движении по стволу до подвесного проходческого полка в фиксированном пространстве. Направляющая рамка движется по направляющим канатам через приливы со втулками на направляющих стойках. На практике проектируют и применяют различные конструкции направляющих рамок, характеристики которых приРис. 5.7 Направляющая рамка ведены в табл. 5.6. Таблица 5.6 Техническая характеристика направляющих рамок Емкость бадьи, м3

Расстояние между направляющими канатами, мм

Общая высота рамки Н, мм

Вес рамки, кг

1370 1370 1370

152 165 190

Для обычных бадей 1,0 1,5 2,0

1350 1500 1650-1700

Для самоопрокидывающихся бадей 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5,5 6,5 102

1350 1500 1650 1780 1780 2300 2300

4020 5100 5200 4675 4675 5710 6350

394 545 550 568 600 870 900

5.5. Прицепные устройства Прицепное устройство представляет собой механизм соединения каната различной конструкции с крюком. Прицепное устройство УПЗ с клиновой втулкой предназначено для присоединения подъемных канатов закрытого типа к проходческим бадьям (рис. 5.8,а) и состоит из крюка 1, защелки 2, нижней траверсы 3, упорного подшипника (вертлюга) 4, щек 5, гайки 6, клиновой муфты 7, цанговой втулки 8, верхней траверсы 9 и амортизатора 10. Подъемный канат 11 имеет двойную заделку (основную и страхующую). Каждая из муфт рассчитана на восприятие полной действующей нагрузки на прицепное устройство. Цанговая муфта состоит из кольцевой конусной втулки и трехсекторных клиньев, обжимающих канат; клинья запрессовываются. В игольчатой муфте распущенный конец каната расклинивается секторными клиньями и иглами. Такая система заделки каната полностью исключает возможность его выдергивания. Такое прицепное устройство используется для бадей большой емкости. Рис. 5.8. Прицепные устройства: а – УПЗ, б – УПП Прицепное устройство типа УПП показано на рис. 5.8,б. Оно состоит из крюка 1, защелки 2, траверсы 3, упорного подшипника (вертлюга) 4, щек 5, гайки 6, клиновой втулки 7, клина 8, рабочего зажима 9, контрольного зажима 10, амортизатора 11. Крюк имеет глубокий зев, что уменьшает возможность соскакивания с него дужки бадьи. Предохранительная защелка на крюке надежно фиксирует дужку бадьи в крюке и препятствует ее самопроизвольному отцеплению. Вертлюг имеет механизм свободного вращения крюка не вовлекая во вращение бадью.

103

При оснащении стволов к проходке в настоящее время в шахтном строительстве применяются следующие марки прицепных устройств приведенных в табл. 5.7. Таблица 5.7 Техническая характеристика прицепных устройств для подвески бадей Марка УПП-2,8 УПП-5 УПП-8 УПЗ-4-20 УПЗ-5-22 УПЗ-5-25 УПЗ-8-25 УПЗ-8-27 УПЗ-8-30 УПЗ-11-33 УПЗ-11-36 УПЗ-15-36 УПЗ-15-38

Грузоподъемность, т 2,75 4,91 7,85 3,92 4,91 4,91 7,85 7,85 7,85 10,8 10,68 14,72 14,72

Диаметр головного каната, мм 18-26 20-35 34-38 20 22 25 25 27 30 33 36 36 36

Длина, мм

Масса, кг

790 970 1120 1043 1165 1165 1165 1165 1270 1760 1360 1465 1465

92 118 165 97 131 133 148 148 165 185 204 225 225

Для подвески проходческого оборудования – полков, опалубок, люлек, насосов, натяжных грузов, трубопроводов, кабелей, спасательных лестниц и др. – предназначены прицепные устройства типов I и II.

Рис. 5.9. Устройство типа I 104

Рис. 5.10. Устройство типа II

Прицепное устройство типа I состоит из каната 1, который огибает грушевидный несимметричный коуш 3 и закрепляется двухплашечными зажимами 2. Коуш крепится с помощью оси 5, шайбы 6 и гайки 7 к проушинам 4. В устройстве типа II канат 1 огибает коуш 3 и закрепляется двухплашечными зажимами 2. Коуш крепится с помощью оси 4 и опор 5, зафиксированных между собой винтом 6, на балках подшкивной площадки 7. Для счаливания канатов подвески проходческих полков, подвешенных в стволе по полиспастной схеме, используется устройство, которое приведено на рис. 5.11. Канаты 1 и 2 огибают грушевидные несимметричные коуши 3 и 4 и закрепляются двухплашечными зажимами 5 и 6. Коуши соединяются между собой с помощью планок 7, осей 8 и гаек 9 с шайбами 10. Техническая характеристика прицепных устройств для подвески проходческого оборудования приведена в табл. 5.8, а устройств для счаливания канатов – в табл. 5.9.

Рис. 5.11. Устройство для счаливания канатов Таблица 5.8.

Техническая характеристика прицепных устройств для подвески проходческого оборудования Типоразмер ЧУ 05.00.000 ЧУ 05.00.000 – 01 ЧУ 05.00.000 – 02 ЧУ 05.00.000 – 03 ЧУ 05.00.000 – 04 ЧУ 05.00.000 – 05 ЧУ 05.00.000 – 06 ЧУ 05.00.000 – 07 ЧУ 05.00.000 – 08 ЧУ 06.00.000 ЧУ 06.00.000 – 01 ЧУ 06.00.000 – 02 ЧУ 06.00.000 – 03 ЧУ 06.00.000 – 04 ЧУ 06.00.000 – 05 ЧУ 06.00.000 – 06 ЧУ 06.00.000 – 07 ЧУ 06.00.000 – 08

Диаметр Максимальная статиканата, мм ческая нагрузка, кН Устройства типа I 21-35 75 25-30 100 30-35 130 35-40 200 40-45 230 45-50 300 50-55 350 55-60 400 60-65 450 Устройства типа II 21-35 75 25-30 100 30-35 130 35-40 200 40-45 230 45-50 300 50-55 350 55-60 400 60-65 450

Масса, кг 50 90 110 170 200 230 320 400 450 75 130 157 226 260 311 400 494 560

105

Таблица 5.9 Техническая характеристика устройств для счаливания канатов Типоразмер ЧУ 07.00.000 ЧУ 07.00.000 – 01 ЧУ 07.00.000 – 02 ЧУ 07.00.000 – 03 ЧУ 07.00.000 – 04 ЧУ 07.00.000 – 05 ЧУ 07.00.000 – 06 ЧУ 07.00.000 – 07 ЧУ 07.00.000 – 08

Диаметр каната, мм 21-35 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 55-60 60-65

Максимальная статическая нагрузка, кН 75 100 130 200 230 300 350 400 450

Масса, кг 130 220 280 440 530 640 870 1110 1320

Для подвесных и прицепных устройств людских подъемных установок, а также для прицепных устройств проходческих бадей запас прочности должен быть не менее 13-кратного. 5.6. Канаты для оснащения проходки вертикальных стволов При проходке вертикальных стволов значение канатов весьма велико, так как все основное оборудование висит на канатах. Кроме проходческих бадей при проходке вертикальных стволов на канатах подвешиваются: полки, опалубки, спасательные лестницы, проходческие насосы, телескопические устройства, кабели, иногда (при соответствующих обоснованиях) – трубопроводы бетонной смеси, сжатого воздуха и вентиляции. Кроме того используются маневровые канаты различного назначения (наращивания труб бетонной смеси, сжатого воздуха, вентиляции и водоотлива). Канаты в процессе эксплуатации вытягиваются за счет структурного уплотнения его сечения и других факторов. По этой причине канаты перед навеской необходимо подвергать предварительной вытяжке растягивающим усилием, составляющим (0,5-0,7)⋅Рс , где Рс – суммарное разрывное усилие. В качестве проводниковых канатов должны применяться однослойные круглопрядные как с металлическим, так и с органическим сердечником, а также многопрядные и закрытые с омегообразной проволокой, имеющие наружные проволоки диаметром не менее 1,5мм. Для оснащения проходки стволов применяют канаты двойной свивки прядевые и спиральные закрытой конструкции различных марок. Техническая характеристика и область применения канатов различных марок приведены в табл. 5.10. Конструкции некрутящихся канатов представляют собой двухслойную систему круглых прядей с органическим сердечником (рис. 5.12). Пряди наружных слоев с линейным касанием проволок свиты в канате в одном направлении, а пряди внутренних слоев – в обратном направлении. Канаты изготавливают с применением предварительной деформации прядей, благодаря чему при снятии обвязки на концах каната они не расплетаются. Канаты изготовляют из светлой и оцинкованной проволоки. Они обладают высокой гибкостью и повышенным сопротивлением износу от стирания. 106

Таблица 5.10 Канаты для проходки вертикальных стволов Назначение

Группы

Тип прядей

ГОСТ

Примечания

Подъемные

Закрытые, многопрядные ма- Спиральный локрутящиеся ЛК-РО

10506-76 16828-81

Для подвески проходческого полка

Многопрядные, шестипрядные, крестовой свивки

ЛК-РО ЛК-РО ЛК-О

16827-81, 3079-80

Направляющие, применяе- Многопрядные, мые для подвески опалубки шестипрядные, закрытые с омегообразной проволокой

ЛК-РО ЛК-3, ЛК-РО ЛК-О

7668-80, 7665-80 ТУ14-4-1158-81, ТУ14-4-1136-81

Только для подвески опалубки

Многопрядные, шестипрядные

ЛК-РО ЛК-РО

16827-81, 16828-81 7668-80

Для подвески кабелей

Закрытые многопрядные

Спиральный, ЛК-РО

10506-76 16828-81

Для подвески труб и телескопа

Многопрядные, шестипрядные, крестовой свивки

ЛК-РО ЛК-РО

16827-81, 16828-81 7668-80

Для глубины свыше 800 м Для глубины до 800 м

Маневровые

То же

ЛК-РО ЛК-РО

16828-71 7668-80

Для лебедок 5 т, ∅ – 22 мм Для лебедок 10 т, ∅ – 25 мм

Для подвески спасательной лестницы

Многопрядные, закрытые

ЛК-РО Спиральный

16828-81 10506-74, 7668-80

Для отвесов и троса сигнализации

Шестипрядные

ЛК-РО

3079-80

Заказывать один канат левой свивки, 7668-80, 7665-80, 3077-80 второй – правой Диаметр наружных проволок – не менее 1,5 мм

∅ до 6,3 мм

а

в

б

г

Рис. 5.12. Конструкции многопрядных канатов с органическим сердечником: а) (12×7)+(6×19)=198 проволок б) 12(1+8+8)+6(1+6+ 10+10)=366 проволок в) 6(19+6)+6(19+6)=300 проволок г) 12(1+7+7/7+14)+6(1+7 +7/7+14)=648 проволок

Рис. 5.13. Конструкция закрытого подъемного каната

Конструкция стального закрытого некрутящегося каната приведена на рис. 5.13. Такие канаты построены по принципу механического подобия составных элементов друг другу. Свивка проволок в смежных рядах взаимно противоположная, размеры поперечных сечений последовательно уменьшаются по мере приближения к оси каната. Контрольные вопросы 1. Типы подъемных машин. 2. Особенности подъемных установок на клетевых и скиповых подъемах. 3. Основные критерии, влияющие на выбор подъемной машины на период проходки ствола. 4. Правила обозначения подъемных машин различных типов. 5. Конструктивные особенности подъемных машин различных типов. 6. Выбор рациональных параметров подъемных машин. 7. Конструкции и характеристики проходческих бадей. 8. Состав и принцип работы комплексов оборудования самоопрокидывающихся бадей. 9. Назначение и конструкция направляющей рамки. 10. Типы прицепных устройств, их конструктивные особенности и область применения. 11. Конструкции и области применения канатов различных типов.

108

6. ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СТВОЛОВ 6.1. Общие сведения Специфические условия эксплуатации горных машин при проходке стволов определяют и специфические требования к горным машинам, механизмам, среди которых наиболее важными являются: безопасность и безотказность в работе, соответствие габаритов машин размерам рабочего пространства и возможность его свободного перемещения по стволу и забою, возможность разборки машин на отдельные сборочные узлы и агрегаты, наличие средств, исключающих самопроизвольное включение либо передвижение вниз под собственным весом. С конца 50-х годов в шахтном строительстве определился переход от создания отдельных машин и агрегатов к разработке и внедрению целых комплексов по проходке вертикальных стволов. В комплекс входят: стволовые погрузочные машины, бурильные установки, оборудование для возведения крепи, оборудование проходческого подъема, водоотлива, лебедки, полки, компрессорные станции, копры и многое другое. Подбор горных машин и оборудования для оснащения производится исключительно для соответствующей схемы проходки ствола и осуществляется из расчета его параметров: глубины, диаметра и планируемой скорости проходки. Накопленный опыт оснащения стволов горношахтным оборудованием в шахтостроительных комбинатах “Кузбассшахтострой”, “Ростовшахтострой”, “Печершахтострой” показывает, что основным классификационным признаком комплексов оборудования для проходки вертикальных стволов буровзрывным способом является назначение, согласно которому они подразделяются на комплексы для проходки устьев стволов глубиной до 50 м, неглубоких стволов (до 300 м), стволов средней глубины (300 – 700 м) и глубоких (более 700 м) стволов. Подбор оборудования в период оснащения, размещение его на поверхности и в стволе представляется настолько важным и ответственным, что накладывает все положительные и отрицательные последствия на весь последующий период строительства ствола. Принятые инженерные решения в виде проекта на оснащение вертикального ствола есть ни что иное, как первая стадия оснащения, которая совершенствуется в процессе подбора и расстановки оборудования. Оснащение, выполненное творчески и в полном соответствии со схемой проходки, в последствии обернется хорошим качеством и высокими темпами проходки. В настоящее время очень редко в проект оснащения закладывается оборудование с применением грузчиков ручного вождения по забою, а также ручных перфораторов для бурения шпуров. Эта техника в широких масштабах уже не найдет применения и используется для решения локальных задач, как исключение из правил. 109

Продолжительность оснащения зависит от его объема, подготовленности площадки, гидрогеологической ситуации, наличии нужных горных машин, оборудования и квалификации шахтостроительной организации, осуществляющей оснащение. С появлением и широким использованием передвижного блочного проходческого оборудования для оснащения вертикальных стволов, сроки значительно сократились и не превышают 12 месяцев в особо сложных условиях и 6 месяцев – в обычных. Научно-исследовательские и проектно-конструкторские институты, заводы угольного и горнорудного машиностроения, ведущие ученые внесли огромный вклад в развитие отечественной горной техники и оборудования для проходки стволов, в результате чего наша страна стала одним из лидеров в области механизации проходки стволов. Созданием, внедрением и развитием стволопроходческой техники мы обязаны институтам ЦНИИПодземмаш, КузНИИшахтострой, ВНИИОМШС, НИИТяжмаш, ИГД им. Скочинского, а также вузам МГГУ, Санкт-ПГИ, УГИ, КузГТУ, ДГУ, ЮРГТУ, ТулГУ и др. Большой вклад в развитие технологии горных работ и средств механизации внесен шахтостроительными комбинатами и шахтопроходческими трестами бывшего министерства угольной промышленности СССР: "Донецкшахтострой", "Донецкшахтопроходка", "Ростовшахтострой", "Кузбассшахтострой", "Кузбассшахтопроходка", "Печершахтострой", "Карагандашахтострой". В настоящее время освоены и применяются комплексы КС-2у; 2КС-2у; КС-1м; КС-6; КС-7; КС-8; КС-9 на основе серийно выпускаемых породопогрузочных и бурильных машин с использованием различных видов опалубок для возведения постоянной крепи и проходческих полков. В данной главе рассматриваются горные машины и оборудование для проходки вертикальных стволов, применяемые на горнорудных предприятиях, и в первую очередь, на угольных шахтах. Выбор этих машин для оснащения в конкретных горно-геологических условиях при определенных параметрах ствола и организация высокопроизводительной, безопасной и безаварийной работы в процессе проходки вертикального ствола являются одними из главных задач горного инженера, которые ему необходимо повседневно решать. 6.2. Стволовые погрузочные машины с ручным вождением грейфера Стволовые погрузочные машины предназначены для погрузки породы в бадьи и должны удовлетворять следующим требованиям: обладать прочностью и надежностью в работе, обеспечивать погрузку со всей площади забоя, иметь небольшие размеры, но достаточную емкость, быть простыми в управлении и маневренными, легко монтироваться и демонтироваться в забое ствола. Кроме этого машины должны легко подниматься на безопасную вы110

соту перед ведением буровзрывных работ и так же опускаться на забой, легко внедряться в горную массу любой крепости и иметь высокий коэффициент заполнения при погрузке. В отечественной и зарубежной практике более всего удовлетворяющим поставленным требованиям является грейфер. Грейферные машины классифицируются по способу вождения: с ручным и механизированным вождением. Остальные параметры: емкость грейфера, способ подвески (на канате, на манипуляторе, к стенке ствола и т.д.) при выборе стволовой погрузочной машины рассматриваются как дополнительные данные к характеристике для соответствующей схемы оснащения и проходки вертикального ствола. Первой погрузочной машиной, получившей широкое распространение после ручной погрузки породы в бадьи, стал пневматический грузчик БЧ-1у, затем пневмогрузчик ГП-2, разработанный СКБ Кузнецкого машиностроительного завода. В настоящее время эти грузчики серийно не выпускаются как устаревшие. На смену грузчикам БЧ-1у и ГП-2 институтом ЦНИИПодземмаш создан более производительный пневмогрузчик КС-3. Он был внедрен в тресте "Донецкшахтопроходка" комбинатом "Донецкшахтострой" при скоростной проходке вентиляционного ствола шахты "Бутовская-Глубокая", где в 1957 г. за месяц было пройдено 241,1 м готового ствола. С применением грузчиков КС-3 максимальная производительность поднялась на 20%, а площадь забоя, обслуживаемая одним пневмогрузчиком, увеличилась в 1,3-1,6 раза. Основные технические характеристики пневмогрузчиков для сравнения и выбора приведены в табл. 6.1. Таблица 6.1 Техническая характеристика пневмогрузчиков с ручным вождением грейфера Показатели Емкость грейфера, м3 Средняя производительность, м3/ч Рабочее давление сжатого воздуха, МПа Грузоподъемность пневмоподъемника, кг Ход цилиндра пневмоподъемника, мм Средняя продолжительность цикла черпания, с Расход сжатого воздуха, м3/мин Минимальная высота подвески над забоем, м Размеры, мм ширина с водилом высота с грейфером и пневмоподъемником высота пневмоподъемника Площадь забоя, обслуживаемая одним пневмогрузчиком, м2 Вес (с пневмоподъемником), кг Вес на 1м3 емкости грейфера, кг/м3 Число лопастей грейфера

Тип пневмогрузчика ГП-2 КС-3 0,15 14 0,5-0,7 1400 2450 40 2,5 15

0,22 15 0,5-0,7 1840 2500 40 3,25 20

2075 4240 2805 10-13 690 460 5

2412 4410 – 16-18 817 370 6

111

Пневмогрузчик КС-3 (рис. 6.1) состоит из следующих основных конструктивных элементов: пневмоподъемника 1, грейфера 5 с пневмозатвором 2, водила 4 и пневмосистемы 3. Наличие шестилопастного грейфера обеспечивает хорошую внедряемость в породу и довольно высокий коэффициент заполняемости. Сжатый воздух к грузчику подается по шлангам. Для подвески грузчика на проходческом полке устанавливается пневматическая лебедка. Высота подвески в стволе – 20 м. Количество пневмогрузчиков КС-3, необходимых для эффективной проходки ствола, определяется из расчета 16-18 м2 площади забоя на один пневмогрузчик. Характеристика одной из лебедок, применяемых для подвески пневмогрузчиков, приведена в табл. 6.2. Рис. 6.1. Пневмогрузчик КС-3

Таблица 6.2 Техническая характеристика лебедки ЛППГ для подвески пневмогрузчиков Наименование основных параметров и размеров Максимальная грузоподъемность, кг Скорость подъема груза, м/с Диаметр барабана, мм Максимальная высота подъема груза, м Диаметр каната, мм Пневмодвигатель: тип мощность, кВт Рабочее давление, МПа Редуктор Основные размеры, мм: длина ширина высота Вес, кг

112

ЛППГ 1500 0,24 350 50 17,5 ДР-10у 8,83 0,5–0,6 планетарный 860 600 780 470

Несмотря на высокие темпы проходки, которые возможны при оснащении стволов грузчиками с ручным вождением типа КС-3, применение их в настоящее время весьма ограниченно из-за довольно большой трудоемкости погрузки породы, а также по фактору высокого травматизма, когда в стволе одновременно грузят от 4 до 10 грузчиков. В настоящее время их применяют для проходки стволов диаметром до 5 м, технологических отходов, приствольных камер, чистки зумпфов и других небольших объемов работ. Но в 50-х годах машины типа БЧ-1, ГП-2 и КС-3 были прорывом к механизации погрузки при проходке стволов. 6.3. Погрузочные машины с механизированным вождением грейфера Погрузка породы грузчиками с ручным вождением грейфера рассматривается как частичная механизация процесса и не может отвечать современным требованиям, поэтому ставится задача добиться полной механизации. Если для первой фазы погрузки породы эта задача практически решена, то для второй фазы такие отечественные машины предстоит еще создать. В настоящее время применяется целый ряд погрузочных машин с механизированным вождением грейфера: КС2у/40, КС-1, 2КС-2у/40, 2КС-1м, "Погрузчик", ПМС. Погрузочная машина КС-2у/40. Машина предназначена для погрузки взорванной горной массы в бадьи при проходке вертикальных стволов диаметром от 4 м и выше. Машина нашла широкое применение при оснащении в самых различных схемах проходки стволов не зависимо от глубины ствола. Она рассчитана на средние темпы проходки 60 м в месяц и выше. Машина КС-2у/40 (рис. 6.2) состоит из грейфера 9 емкостью 0,65 м3, подвешенного на канате к тельферу 7, который при помощи лебедки 3 радиально перемещается Рис. 6.2. Погрузочная машина КС-2у/40 по раме 6 посредством тележки 4. 113

Грейфер погрузочной машины КС-2у/40 состоит из пневмоцилиндра, шести лопастей, тяг и подвески. Рама одним концом соединяется с центральной подвеской 5, другой ее конец прикреплен к тележке поворота 2, которая с помощью пневмодвигателя перемещается по кольцевому монорельсу 1. Монорельс и центральная подвеска крепятся к нижнему этажу подвесного проходческого полка и являются его неотъемлемой частью. Благодаря радиальному перемещению тельфера на раме и повороту рамы вокруг центральной подвески грейфер может забирать породу из любой точки забоя. Управление грейфера осуществляет машинист из кабины 8, которая перемещается вместе с рамой по окружности, обеспечивая удобство обзора и управления. Тельфер предназначен для подъема и опускания грейфера. Грейфер удерживается в поднятом состоянии тормозами. При переподъемах или напусках каната грейфера тельфер автоматически отключается концевыми выключателями. П о г р у з о ч н а я м а ш и н а К С - 1 м по конструкции и назначению аналогично погрузочной машине КС-2у/40. Основное их различие состоит в том, что КС-1м имеет большую производительность погрузки и имеет усиленные механизм поворота и раму. Кроме того, машина КС-1м имеет специальный коллектор для сжатого воздуха в центральной подвеске и сдвоенный тельфер с механизмами синхронной работы. В отличие от КС-2у/40, емкость грейфера которого 0,65 м3, грейфер КС-1м имеет емкость 1 м3 и восемь лопастей. Сравнительная характеристика грейферов, применяемых в стволовых погрузочных машинах различного типа, приведена в табл. 6.3. Таблица 6.3 Техническая характеристика грейферов Грейферы Показатели Емкость, м3 Число лопастей Машинная производительность на погрузке разрушенной породы, м3/ч

"Погрузчик"

ПМС-1

КС-2у/40

КС-1м

0,4 6

0,5 6

0,65 6

1,0 8

40

75

78

120

В стволах диаметром 8 м и более применяется сдвоенная погрузочная машина 2КС-1м, имеющая два грейфера. Наряду с уже зарекомендовавшими себя погрузочными машинами типа КС при оснащении стволов к проходке и особенно углубке либо на стволах небольшого диаметра применяются машины для погрузки породы типа "Погрузчик" или ПМС. 114

П о г р у з о ч н а я м а ш и н а " П о г р у з ч и к " . Разработана институтом ЦНИИПодземмаш и предназначена для погрузки взорванной породы в бадьи при проходке и углубке стволов диаметром 4,5 – 8 м и глубиной до 300 м. Машина перемещается в вертикальной плоскости для подготовки к операции погрузки или подъема ее перед взрывными работами лебедкой на канате. При погрузке фиксируется к опалубке или крепи ствола специальными конструктивно предусмотренными фиксаторами. Погрузочная машина типа "Погрузчик" не получила широкого распространения и в настоящее время при оснащении к проходке вертикальных стволов практически не применяется. С т в о л о в а я п о г р у з о ч н а я м а ш и н а П М С . Институтом "КузНИИшахтострой" разработаны и внедрены при проходке стволов в Кузбассе и Восточном Донбассе электрогидравлическая стволовая погрузочная машина типа ПМС. Она характеризуется высокой степенью межразмерной унификации и многофункциональностью. Унификация машин достигается за счет блочно-фланцевой компоновки сборных единиц с использованием модульного принципа построения, а многофункциональность – за счет применения манипулятора с комплектом смежных рабочих органов в виде трехлопастного грейфера емкостью 0,33 м3, бурильной установки, ударно-скалывающего органа, используемого для зачистки забоя во второй фазе погрузки породы или для присечки бортов при проходке ствола. Модуль состоит из стрелового манипулятора с силовым и энергетическим блоками и кабиной оператора с подвеской. Компоновка машины для конкретных горногеологических условий производится за счет стыковки модуля с теми или иными дополнительными техническими средствами привязки. Так, для проходки устьев и технологических отходов стволов может использоваться специальная Рис. 6.3. Стволовая электрогидравличетехнологическая приставка в виде ская проходческая машина ПМС: кондуктора на четырех опорах. При 1 – грейфер; 2 – манипулятор; 3 – энергетичепроходке вертикальных стволов поский блок; 4 – силовой блок; 5 – подвеска кабины; 6 – кабина оператора. грузочная машина конструктивно связана с подвесным проходческим 115

полком, в проеме которого монтируется направляющая рама с соответствующими прижимами и фиксаторами. Схема расположения машины типа ПМС и применение навесного оборудования показаны на рис. 6.3. В состав сменного навесного оборудования кроме грейфера входят: бурильная установка с двумя пневмогидравлическими бурильными машинами, пневмомолот ПН-1700, тюбинговый захват для монтажа чугунных тюбингов в сложных гидрогеологических условиях проходки стволов, гидромолот типа "РАММЕР"-S54 или "РАММЕР"-S52. Емкость применяемых бадей – до 4,5 м3, глубина технологического отхода ствола для монтажа и эксплуатации машины – от 4 до 30 м. Величина хода стрелы – 2,8 м, что означает необходимость опускания проходческого полка в стволе после отгрузки породы на 2,8 м. Техническая характеристика стволопроходческой машины типа ПМС приведена в табл. 6.4. Таблица 6.4 Техническая характеристика стволопроходческой машины ПМС Наименование основных параметров и размеров

ПМС

Напряжение в сети, В Установочная мощность электродвигателей, кВт Суммарная подача гидронасосов, м3/мин Давление в гидросистеме, МПа Величина хода телескопической стрелы, мм Максимальный вылет стрелы, мм Грузоподъемность стрелы на максимальном вылете, кг, не более Вместимость грейфера, м3 Машинная производительность при погрузке разрыхленной породы, м3/мин, не менее Габаритные размеры в транспортном положении, мм в плане высота Масса машины, кг

380/660 37 208 16 2800 4000 1500 0,33 0,7 1200×1200 13500 8500

При выборе погрузочных машинам для оснащения неглубоких стволов и особенно устьев и технологических отходов эта машина заслуживает внимания и может широко применяться. Преимущественным является ее применение в наносах, так как без предварительного рыхления или ведения взрывных работ машина ПМС позволяет обеспечить разборку нетвердых пород навесным оборудованием в виде гидромолота и погрузку посредством принудительного внедрения грейфера. В настоящее время при наносах мощностью 10–30 м эту трудоемкую работу (разработку и погрузка в бадью глин, суглинков, супесей) почти повсеместно производят вручную. Применение стволопроходческой машины ПМС конструкции КузНИИшахтостроя проблему механизации этих работ решает полностью. 116

6.4. Стволовые бурильные машины и перфораторы При оснащении стволов к проходке очень важным является произвести выбор и поставить соответствующую буровую технику. Ручное бурение при проходке стволов было распространено вплоть до 70-х годов. Его главными недостатками являются низкая производительность труда проходчиков и трудности в комплектовании проходческих бригад, так как на бурение приходится комплектовать отдельное дополнительное и многочисленное звено бурильщиков. В Донбассе по предложению Н.М. Марковича была разработана бурильная установка БУС-1м, но наиболее работоспособной и перспективной является БУКС-1м конструкции ЦНИИПодземмаша, используемая в комплексе с породопогрузочной машиной КС-2у или КС-1м. В институте КузНИИшахтострой коллективом авторов создана и внедрена стволовая бурильная машина СМБУ. Машины типа БУКС и СМБУ в настоящее время являются основными стволовыми бурильными машинами, которые серийно выпускаются заводами. Применение этих машин позволило значительно облегчить процесс бурения шпуров при проходке стволов и увеличить производительность труда. Стволовая бурильная устан о в к а Б У К С - 1 м . Бурильная установка БУКС-1м предназначена для механизации бурения шпуров в забоях вертикальных стволов диаметром от 5,5 до 9 м в свету, проходимых с помощью погрузочных машин типа КС. Унифицированные бурильные установки типа БУКС на основе базовой модели БУКС1м включают несколько модификаций. Бурильные установки БУКС-1у2, БУКС1у3, БУКС-1у4, БУКС-1у5 имеют соответственно две, три, четыре и пять бурильных машин для бурения шпуров глубиной до 4,5 м. Одна бурильная установка по производительности заменяет 12-15 перфораторов. Установка БУКС-1м (рис. 6.4) состоит из пульта управления 1 бурильными машинами, центральной телескопической колонны Рис. 6.4. Бурильная установка 3, к которой с двух сторон шарнирно креБУКС-1М 117

пят выдвижные стрелы 4 с четырьмя (самый распространенный вариант) бурильными машинами типа БУ-1. Установку подвешивают на тельфере погрузочной машины и перемещают по забою механизмом вождения грейфера. В рабочем положении центральную колонну распирают между тельфером и забоем ствола. На направляющих стойках бурильных машин установлены лестницы 2 для обеспечения обслуживания узлов, расположенных в верхней части установки. Шарнирные узлы крепления 5 бурильных машин позволяют устанавливать их в заданное рабочее положение согласно расположению шпуров по паспорту буровзрывных работ и складывать их в транспортное положение, обеспечивая требуемый габарит для пропуска установки через бадейный проем в полке. Установка обеспечивает бурение шпуров вертикально и до 10о к вертикали, а также позволяет смещать сетку бурения, что исключает бурение по возможным отказам в шпурах предыдущей заходки. БУКС-1м в забое при бурении обслуживает 4-5 проходчиков, а перемещение по забою осуществляет машинист КС-2у/40 или КС-1м. Установка снабжена оборудованием для воздушно-водяной промывки шпуров, обеспечивает пылеподавление и вынос буровой мелочи из шпура. В табл. 6.5 приведены основные технические данные и характеристики бурильной установки БУКС-1м Таблица 6.5 Техническая характеристика бурильной установки БУКС-1м Наименование основных параметров и размеров

БУКС-1м

Величина хода раздвижной колонны, мм Скорость хода раздвижной колонны, м/с Скорость подачи бурильной головки в холостую при прямом и обратном ходе, м/мин Количество одновременно забуриваемых шпуров, шт. Диаметр шпуров, мм Глубина шпуров, м Величина хода автоподатчика, мм Расход сжатого воздуха, м3/мин Расход масла, кг/час Расход воды на промывку 100 м шпура, м3 Расстояние от проходческого полка до забоя ствола во время бурения, м Габариты в транспортном положении, м высота диаметр в транспортном положении Масса установки, т

1500 0,025 3 4 43 – 52 до 4,5 4500 40 – 60 2 1 13 10,26 1,54 6,2

Более поздние машины модернизированы и имеют незначительные расхождения с базовой моделью. Их основным отличием является количество манипуляторов (стрел), а также наличие цепной подачи вместо винтовой, что делает машину более надежной при бурении в вертикальном стволе. 118

Стволовые бурильные машины типа БУКС имеют простую конструкцию установки и позволяют бурить глубокие шпуры. К числу недостатков таких машин можно отнести: большой вес, необходимость перестановки БУКС при бурении (в стволе диаметром в проходке 7,8 м требуется до 8 перестановок), необходимость ожидания при перестановках окончания работы последней из четырех буровых машин, возможность их использования только при наличии погрузочной машины типа КС, необходимость устройства специального здания для обслуживания БУКС и пути подкатки установки к стволу. В утепленном здании машина проходит техническое обслуживание перед циклом бурения. С т в о л о в а я б у р и л ь н а я у с т а н о в к а С М Б У - 4 м . Стволовая бурильная установка СМБУ-4м вращательно-ударного действия предназначена для механизированного бурения шпуров диаметром 43–52 мм при сооружении и углубке вертикальных стволов диаметром до 9 м в проходке. Установка СМБУ-4м применяется с любым набором горно-шахтного оборудования в стволе в отличие от машин типа БУКС, где обязательно применение погрузчика КС. Базовая модель машины конструкции КузНИИшахтострой имеет три бурильные машины. Технические данные установок СМБУ приведены в табл. 6.6. Стволовая бурильная установка СМБУ-4м как базовая (рис. 6.5) состоит из колонны 1, служащей центральной опорой для размещения на ней манипуляторных стрел (на рисунке показана только одна стрела), системы раскрепления установки в забое 6, трех бурильных машин 13, гидравлической системы 20, пультов управления 19, автомасленки 18 и прицепного устройства 7. Манипуляторные стрелы служат для перемещения бурильных машин по забою и удержания их в заданном рабочем положении. Каждая манипуляторная стрела состоит из поворотной стрелы 11 коробчатого сечения, имеющей проушины на концах, и стрелы 12, имеющей в верхней части жестко закрепленный блок малых звездочек 9, шарнирно соединенных с поворотной стрелой 11, а в нижней части проушину для подвески бурильной машины 13. Радиальное перемещение бурильной машины осуществляется гидроцилиндром 4 раздвижки стрел и цепным механизмом, состоящим из блоков звездочек 9, 15 и цепи 14. Рис. 6.5 Бурильная установка СМБУ-4М

119

Перемещение бурильной машины по дуге сектора осуществляется гидроцилиндром поворота 2 с зубчатой рейкой, находящейся в зацеплении с шестерней 16, установленной на хвостовике блока больших звездочек 15. Подъем и опускание бурильных машин осуществляется гидроцилиндром 17. Бурильные машины снабжены вращательно-ударными головками 10 типа БУ-1 или БГА-1. Система раскрепления 6 установки в забое ствола состоит из трех гидроцилиндров 3, к штокам которых через коуши прикреплены канаты растяжек. Канаты пропущены через отклоняющие блоки 8, закрепленные под углом 120° на верхней части колонны. На концах канатов имеются крюки 5 для крепления растяжек за кольца каркаса забойной опалубки или анкеры. Установка опускается в ствол, как правило, канатом подъемной машины, пропускается через раструб для бадей в проходческом полке и ставится на центр забоя ствола. Чаще всего бурильная установка раскрепляется с помощью канатов системы раскрепления к опалубке типа ОМП, однако, система раскрепления может быть и другой. Установка и раскрепление машины производится один раз и обеспечивает бурение шпуров, одинаково свободно придавая нужный наклон, как периферийным так и врубовым шпурам. Таблица 6.6 Техническая характеристика бурильных установок СМБУ Наименование основных параметров и размеров Количество бурильных машин, шт Диаметр обуриваемого ствола в проходке, м Диаметр шпура, мм Расход сжатого воздуха, м3/мин Расход сжатого воздуха на промывку 100 шпурометров, м3 Глубина бурения шпуров, м Габариты в транспортном положении, мм высота диаметр Масса установки, кг

СМБУ 3 до 9 43-52 40-50 2 2,7-4,5

СМБУ-4м 4 до 9 43-52 50-60 2,5 4,5

6760(5350) 1370 8000

7336 1560 9,3

По предложению горных инженеров в акционерном обществе "Ростовшахтострой" на Шахтинском ремонтном механическом заводе центральная колонна базовой модели СМБУ-4м была переделана для размещения на ней четырех манипуляторных стрел с четырьмя бурильными машинами и пультами управления на каждой из них. Бурильные машины были взяты с БУКС-1м. Для удобства раздвижки и раскладки бурильных машин дополнительно были поставлены четыре пневмоцилиндра от стандартных пневмоподдержек П-1. На бурильной установке, которая была изготовлена первой, сохранена заводская гидравлическая система, которая состояла из шестеренчатого насоса НШ-10Е с пневмоприводом, гидрораспределителей типа Р80-4/3, гидравлических золотников типа 3-8 и 16 гидродомкратов с гидрозамками, на четвертую бурильную машину было установлено дополнительно три гидродомкрата, гидронасос с приводом НШ-10Е. На бурмашинах винтовые автоподатчики заменены на цепные 1СБУ-2К 24.00 с удлиненной цепью. 120

Раскрепление машины в стволе осуществляется тремя расчалками к призабойной опалубке. Натяжение канатов производится тремя гидродомкратами, расположенными в верхней части колонны. Для обуривания неровного забоя машина имеет возможность перемещаться по вертикали до 1100 мм; что осуществляется гидродомкратом подъема в базовой модели КузНИИшахтостроя. В рабочем положении установка СМБУ-4 находится в копре, подвешанная на качели из двух спаренных двутавров № 30, закрепленных к металлоконструкциям аккумулирующего бункера. Обслуживание установки производится со специальной площадки, которая может перемещаться вокруг машины. Из зарубежных бурильных установок выделим шахтную стволовую бурильную установку фирмы "Дайльманн-Ханиэль" (ФРГ). Установка (рис. 6.6.) предназначена для бурения шпуров глубиной до 4,85 м в стволах диаметром до 10 м, она может комплектоваться 2-5 пневматическими или гидравлическими бурильными машинами вращательного, ударно-вращательного или ударного действия.

Рис. 6.6. Стволовая бурильная установка фирмы "Дайльманн-Ханиэль": 1 – емкость для масла; 2 – опорная платформа для емкости; 3– ручной регулятор крепления распоров; 4– телескопические распоры; 5 – пневмоцилиндр; 6 – ограничитель; 7 – буровая каретка; 8 – бурильная машина; 9 – буровая штанга; 10 – центральная колонна; 11 – центральный люнет; 12 – кронштейн; 13 – рама для перемещения манипулятора; 14 – крепление манипулятора; 15 – податчик; 16 – люнет; 17 – канал подвода промывочной жидкости; 18 – центральный водяной распределитель; 19 – центральный распределитель воздуха и масла.

121

Перфораторы, отбойные молотки и буровой инструм е н т . При проходке вертикальных стволов используют переносные перфораторы различных модификаций. Техническая характеристика перфораторов приведена в табл. 6.7. Таблица 6.7 Техническая характеристика переносных перфораторов Параметры Масса, кг (со средствами шумовиброзащиты) Энергия удара, Дж, не менее Частота ударов, с-1 Крутящий момент, Н⋅м Расход воздуха, м3/мин Глубина бурения, м Коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова

ПП-36

ПП-50

ПП-54

ПП-63

24 36 38,3 18 2,6 2

30 50 34 20 3,2 3

32 54 38,3 26,5 4 4

52 63 30 26,5 5 5

12

14

14

20

При оснащении ствола необходимо применять однотипное оборудование, в том числе перфораторы, бурильные машины, так как наличие оборудования различных конструкций усложняет его ремонт и снабжение запасными частями. Число перфораторов, одновременно работающих в забое ствола, может быть принято из расчета площади забоя, приходящегося на один перфоратор. Исходя из практики проходки стволов в различных бассейнах площадь, приходящаяся на один перфоратор, составляет 3-4 м2. Для стабильной работы бурильщиков в забое ствола следует иметь 30% запасных перфораторов от количества работающих. Перфораторы классифицируются по роду потребляемой энергии на пневматические и гидравлические. В угольной и горнорудной промышленности широкое применение получили пневматические перфораторы, гидравлические находятся в стадии опытно-промышленных испытаний. Пневматический перфоратор представляет собой поршневую машину ударно-повортного действия и предназначен для бурения шпуров в породах с коэффициентом крепости f = 6-20. В зависимости от условий применения и конструкций пневматические перфораторы подразделяются на переносные, колонковые и телескопические. При проходке вертикальных стволов применяются переносные перфораторы, имеющие массу 24-35 кг. Диаметр шпуров, пробуренных перфораторами типа ПП, равен 32-46 мм, глубина – 2-4 м. Полное обозначение модификаций перфораторов выглядит так: ПП-36В, ПП-50В1; ПП-54В; ПП-54ВБ1, ПП-63В, ПП-63ВБ, ПП-63С, ПП-63П, ПП-63СВП. 122

Обозначение перфораторов означает: ПП – перфоратор переносной; 36, 54, 63 – энергия удара в Дж; В – пылеподавление водой; 1 – первая модернизация; Б – боковая промывка; С – продувка; П – пылеотсос; СВП – продувка с увлажнением.

В перфораторах ПП-63В, ПП-50В1, ПП-54В1, ПП-63В применяется центральная подача воды в осевой канал буровой штанги. Перфораторы ПП-54ВБ1 и ПП-63ВБ имеют боковой подвод воды через специальную муфту устанавливаемую на штангу в конце ствола перфоратора, при этом перфоратор имеет удлиненные захваты удержания штанги. На рис.6.7 показан переносной пневматический перфоратор типа ПП.

а

Рис. 6.7 Пневматический переносной перфоратор типа ПП: а – в разрезе; б – общий вид

б

1 – головка корпуса; 2 – устройство для очистки шпура; 3– воздухораспределительное устройство; 4 – цилиндр; 5 – храповое устройство; 6 – поворотный винт; 7 – поршень-ударник; 8 – направляющая втулка; 9 – патрон; 10 – поворотная букса; 11 – буродержатель; 12 – гран-букса; 13 – поворотная гайка; 14 – стяжные болты; 15 – масленка; 16 – пусковой кран с рукояткой; 17 – прилив для крепления на пневмоподдерживающей колонке; 18 – ручка; 19 – буровой инструмент

Конструкции остальных отечественных переносных перфораторов, применяющихся при бурении шпуров в забоях вертикальных стволов аналогичны, приведенной на рис. 6.7, и отличаются друг от друга только параметрами. Как уже отмечалось, подавление пыли при бурении шпуров в стволе производится промывкой. Для этой цели на проходческом полке устанавливают редукционный клапан и водораспределительное устройство ("паук"). 123

Оснащение вертикальных стволов для бурения переносными перфораторами в настоящее время весьма редко и иногда применяется при проходке неглубоких одиночных стволов, технологических отходов и при углубке. Б у р о в о й и н с т р у м е н т перфораторов представляет собой цельный бур или, чаще всего, буровые штанги со съемными коронками. Цельный бур состоит из стального шестигранника с отверстием для подачи в шпур промывочной воды, хвостовика бура и коронки, армированной твердым сплавом. Хвостовик штанги закрепляют в перфораторе, а на противоположном конце на резьбе или посредством конусной посадки крепят коронку. Буровые штанги изготавливают из инструментальных сталей марок 55С2, 95ХМА, 18ХГТ, поверхность которых упрочняется. Для переносных перфораторов применяют шестигранные буровые штанги с размером 19; 22; 25 мм между параллельными гранями. Для колонковых перфораторов и буровых машин применяют штанги круглого сечения диаметром 28, 32, 38 мм. Диаметр буровых штанг и коронок зависит от диаметра патрона ВВ. Штанги с веревочной резьбой по сравнению с соединениями других типов имеют повышенную прочность и легкость разъема без применения специальных ключей (за счет зазора 0,5 мм между внутренним диаметром резьбы муфты и штангой.) Применение в штангах веревочной резьбы дает возможность получить высокий коэффициент передачи энергии удара благодаря непосредственному контакту торцевых плоскостей штанг. Кроме того, резьба веревочного профиля лишена недостатков конической или упорной резьбы. Коронки соединяются со штангой посредством резьбы или гладкого конуса с углом наклона 3о 31'. Последнее соединение более удобно при съеме и установки коронки. В зависимости от конструктивных особенностей различают следующие типы коронок: КДП – долотчатые (рис. 6.8); КДШ – долотчатые штыревые (рис. 6.9); КТП – трехперые пластинчатые; КТШ – трехперые штыревые (рис. 6.10); ККП – крестовые коронки (рис. 6.11). Конструкции твердосплавных вставок для коронок показаны на рис. 6.12. Типоразмерный ряд коронок, конструкции которых показаны на рис. 6.8 – 6.11, и их основные параметры приведены в табл. 6.8. Стойкость коронок типа КДШ примерно в 2 раза выше, чем коронок типа КДП, поэтому они выпускаются всех типоразмеров. Крестовые перфораторные коронки ККП в настоящее время изготовляются только с пластинчатым твердым сплавом. Крестовые коронки предназначены для бурения абразивных и трещиноватых горных пород и могут быть использованы для бурения монолитных слабых пород. Следует отметить, что по сравнению с коронками других типов эти коронки легче забуриваются и работают с меньшими вибрациями. До недавнего времени при бурении монолитных пород многолезвийные коронки не применялись. Одной из основных причин такого положения является то, что конструкция крестовых коронок не позволяет использовать твердосплавные вставки больших размеров. 124

Рис. 6.8 Коронка типа КДП

Рис. 6.10 Коронка типа КТШ

Рис. 6.9 Коронка типа КДШ

Рис. 6.11 Коронка типа ККП

Рис. 6.12 Твердосплавные вставки для коронок, применяемых при проходке вертикальных стволов

125

Таблица 6.8 Основные параметры применяемых буровых коронок

Типоразмер коронки

Диаметр коронки D±1, мм

Долотчатые коронки КДП32-19Б 32 КДП36-22Б 36 КДП40-22Б 40 КДП40-25А 40 КДП43-25А 43 КДП46-25А 46 КДП52-25А 52 КДШ40-25А 40 КДШ43-25А 43 Крестовые коронки ККП40-22Б 40 ККП40-25А 40 ККП43-25А 43 ККП46-25А 46 ККП52-25А 52 ККП60-32В 60 Трехперые коронки КТШ36-22Б 36 КТШ40-25А 40 КТШ43-25А 43 КТШ46-25А 46 КТШ52-32В 52

Размеры посадочного конуса НаиОбщая выМасса Угол Высота больший сота посаконус- коронконуса диаметр дочного ности α, ки, кг h1±0,1, отверстия d1±0,1, мм градус h2, мм мм

Высота коронки Н, мм

Диаметр юбки d, мм

b, мм

67±2 72±3 77±2 75±2 75±2 77±2 82±2 77±2 77±2

26 31,5 33,5 33,5 35,5 35,5 40,5 34 36

27,5 35 31 33 35 31 40 31 32

19 22 22 25 25 25 25 25 25

30 36 36 35 35 35 40 35 35

37 43 43 46 46 46 46 46 46

7

0,3 0,38 0,49 0,45 0,49 0,51 0,62 0,45 0,45

77±2 77±2 77±2 77±2 82±2 110

34 34 35,5 35,5 40,5

– – – –

22 25 25 25

36 35 35 35

43 46 46 46

7

48 −0,8

0,47 0,43 0,48 0,5 0,74 1,16

72±2 77±2 77±2 77±2 82±2

31 34 35,5 35,5 40,5

7

0,4 0,53 0,63 0,72 0,85

Резьбовое соединение

+1, 4

– – – – –

22 36 43 25 35 46 25 35 46 Резьбовое соединение

При бурении крепких монолитных пород коэффициентом крепости f = 16-20 твердосплавные вставки с малыми геометрическими размерами не выдерживает ударных нагрузок и разрушаются. Кузнецкий машиностроительный завод выпускает пять типоразмеров крестовых перфораторных коронок – диаметром 40, 43, 46, 52 и 60 мм. В последние годы находят широкое применение коронки типа КТШ – трехперые, со штыревым твердосплавным вооружением. Эти коронки, так же как и крестовые, успешно используются при бурении абразивных и трещиноватых пород. Однако в отличие от крестовых коронок, трехперые коронки могут применяться для работы в монолитных горных породах любой крепости в связи с тем, что коронки типа КТШ, обладая высокими прочностными свойствами, обеспечивают высокую скорость бурения. Повышенная прочность коронок типа КТШ обусловлена формой головки и видом твердосплавного вооружения. Трехперая форма головки позволяет применять твердосплавные вставки значительно больших размеров, чем при крестовой форме головки, где размер вставок ограничен размерами пера и недостаточной его прочностью. Применяемая в коронках типа КТШ штыревая форма твердосплавного вооружения является более прочной благодаря созданию в твердом сплаве в результате пайки и последующего охлаждения напряжений всестороннего сжатия. Кроме того, цилиндрические вставки более равномерно пропрессовываются при их производстве, что также способ126

ствует повышению стабильности качества трудносплавных вставок такой формы. Все описанные выше коронки соединяются со штангой с помощью конусного соединения. При резьбовом соединении более полно реализуется энергия удара, так как ударная нагрузка от торца штанги передается непосредственно на дно посадочного отверстия коронки. Кроме того, облегчен съем коронок со штанги. Однако изготовление таких коронок более трудоемко. При окончании оснащения стволов, когда идет подготовка к проходке, на основании изучения стратиграфической колонки пересекаемых стволом пород, очень важно правильно выбрать буровой инструмент, в том числе буровые головки и коронки, так как от этого зависит производительность бурения. Рекомендации по условиям применения основных типов коронок приведены в табл. 6.9 Таблица 6.9 Характеристики и области применения буровых коронок Эскиз коронки 1

Тип, характеристика и область применения коронки 2 Буровые коронки долотчатые типа КДП диаметром 32, 40, 43 мм предназначены для бурения шпуров и скважин в вязких монолитных горных породах крепостью до f =18 перфораторами и станками вращательно-ударного бурения. Соединение со штангой конусное, конус 22, 25 мм, угол конуса 7°. Коронки армированы твердым сплавом марки ВК10КС. Буровые коронки для условий вечной мерзлоты КДП 40-252М диаметром 40 мм предназначены для сухого бурения с пылеотсосом в породах крепостью до f =18. Соединение со штангой конусное, конус 25 мм, угол 7°. Коронка армирована твердым сплавом марки ВК10КС. Коронки буровые БУ43 и БУ52 диаметром 43 и 52 мм предназначены для вращательно-ударного бурения шпуров в горных породах с коэффициентом крепости f =12-14. Соединение со штангой конусное, конус 25 мм. Коронки БУ43 армированы твердым сплавом марки ВК8, коронки БУ52 -ВК10КС. Буровые коронки крестовые типа ККП диаметром 40, 43 мм предназначены для бурения шпуров и скважин в вязких трещиноватых и абразивных породах крепостью до f = 18 перфораторами и станками вращательно-ударного бурения. Соединение со штангой конусное, конус 25 мм, угол 7°. Коронки армированы твердым сплавом марки ВК10КС. 127

Продолжение табл. 6.9 1

2

Буровые коронки КЛ38 диаметром 38 мм предназначены для бурения шпуров перфораторами в вязких трещиноватых бокситовых рудах с коэффициентом крепости f =6-10. Соединение со штангой конусное, конус 25 мм. Коронки изготовлены из легированной стали 9хС.

Коронки КТШ штыревые трехперые диаметром 36, 40 мм предназначены для ударного бурения шнуров в горных породах монолитных и трещиноватых с коэффициентом крепости f =10-18. Коронки армированы твердым сплавом марки ВК10КС, цилиндрической формы с углом приострения при вершине 110°. Соединение со штангой конусное, конус 22 и 25 мм, угол 7°. Коронки КТШ штыревые трехперые диаметром 46 мм предназначены для бурения шпуров и скважин бурильными установками и станками ударно-вращательного бурения в монолитных и трещиноватых породах крепостью f = 10-20. Соединение резьбовое – 31×12,7 мм. Коронки армированы твердым сплавом марки ВК10КС, цилиндрической формы с углом приострения при вершине 110°. Коронки КТШ штыревые трехперые диаметром 60, 65 мм предназначены для бурения шпуров и скважин бурильными установками и станками ударно-вращательного бурения в монолитных и трещиноватых породах крепостью f =10-20. Коронки армированы твердым сплавом марки ВК10КС, цилиндрической формы с углом приострения при вершине 110°. Соединение резьбовое - 31х12,7 мм

Коронки вращательно-ударные штыревые КУВШ43 диаметром 43 мм предназначены для бурения шпуров в горных породах с коэффициентом крепости f =16. Соединение со штангой конусное, конус 25 мм. Коронки армированы твердым сплавом марки ВК10КС.

128

О т б о й н ы е м о л о т к и . Отбойные молотки при проходке стволов применяются для разборки забоя при погрузке породы второй фазы, присечки стенок при недостатке сечения и других многочисленных производственных нужд. Техническая характеристика пневматических отбойных молотков приведен в табл. 6.10. Таблица 6.10 Техническая характеристика отбойных молотков Параметры Энергия удара, Дж Частота ударов, с-1 Давление сжатого воздуха, МПа номинальное минимальное Расход сжатого воздуха, м3/с Масса, кг

Марка МО-1

МО-2

МО-3

30,5 25

36,5 23

42,5 19

0,5 0,3 0,019 7,2

0,5 0,3 0,019 7,7

0,5 0,3 0,019 8

Отбойный молоток представляет собой ручную машину ударного действия, предназначенную для разработки угля, различных пород и руд в условиях, когда применение другой машины или инструмента нецелесообразно. Пневматический отбойный молоток состоит из исполнительного органапики, ударного механизма, воздухораспределительного механизма и пускового устройства (рис. 6.13).

Рис. 6.13. Пневматический отбойный молоток типа МО: 1 – рукоятка с виброгасящим устройством; 2 – пружины; 3 – виброизолятор; 4 – промежуточное звено; 5 – кольцо; 6 – клапанная коробка; 7 – клапаны; 8 – штифты; 9 – стопор; 10 – стопорное кольцо; 11 – ствол; 12 – ударник; 13 – стальная рубашка; 14 – перемычка ствола; 15 – букса; 16 – пружина для удержания пики; 17 – фторопластовый вкладыш; 18 – манжета из маслостойкой резины; 19 – пружинная шайба; 20 – штуцер; 21 – гайка; 22 – ниппель; 23 – фиксаторы.

129

6.5. Подвесной проходческий полок Подвесной проходческий полок предназначен для обслуживания рабочего пространства в забое вертикального ствола. Проходческие полки служат для крепления и натяжения направляющих канатов и предохранения людей, находящихся в забое, от случайного падения сверху каких-либо предметов. Кроме того, на полках устанавливаются лебедки для подвески пневмогрузчиков, шлангов сжатого воздуха, светильников, кабелей и другого забойного оборудования. Конструктивно проходческий двухэтажный полок (рис.6.14) состоит из нижнего 2 и верхнего 7 этажей, соединенных между собой междуэтажными стойками 6, выполняющими одновременно роль направляющих лыж. На этажах полка расположены бадейные проемы, имеющие ограждения 9. Канаты 10, по которым перемещаются направляющие рамки бадей, одновременно используются для подвески забойной опалубки. Бадейные проемы снабжены направляюРис. 6.14. Проходческий двухэтажный полок щими стойками 5 для предотвращения раскачивания бадей при их движении через этажи полка. Шкивы 3 служат для отклонения направляющих канатов 10. Они располагаются под верхним этажом 7 на направляющих стойках 4 и на периферии нижнего этажа. Под нижним этажом 2 прикреплен монорельс 1 для установки на нем грейферной породопогрузочной машины. Соединение секций этажей между собой осуществляют с помощью четырех-пяти осей и шести-восьми болтов. Гидросистема полка предназначена для создания гидрораспора полка и обеспечения его устойчивого положения с целью восприятия реактивных и опрокидывающих моментов, возникающих во время работы породопогрузочной машины. 130

В состав гидросистемы входят восемь распорных домкратов 8 (по 4 шт. на двух этажах полка), гидростанция и разводка трубопроводов. Рабочее давление в гидросистеме составляет 0,5-0,8 МПа. Пневмосистема полка предназначена для подачи сжатого воздуха от става труб, подвешенного в стволе, к механизмам породопогрузочной машины, бурильной установки, молоткам и насосам. Пневмосистема состоит из водоотделителя 11, коллекторов, запорных вентилей, трубопроводов и гибких рукавов. По периметру нижнего этажа 2 полка расположены защитные щитки 12, предотвращающие падение предметов вниз. Проходческий полок изготавливается индивидуально для каждого ствола с учетом его параметров и выбранной схемой оснащения и проходки. К конструкции проходческих полков предъявляются следующие технические требования: − бадейные проемы должны быть ограждены раструбами высотой не менее 1600 мм над этажной площадкой. Раструбы могут быть сплошные, проходящие через оба этажа, и раздельные – на каждой площадке устанавливается свой раструб. − независимо от конструкции подвески полка подвесное устройство должно быть расположено так, чтобы в центре полка было обеспечено место для пропуска центрального отвеса; − бадейные проемы должны быть снабжены четырьмя жесткими направляющими стойками, равномерно расположенными по окружности и установленными таким образом, чтобы между стойками и бадьей был зазор 40-50 мм; две из них должны иметь посадочные площадки для направляющей рамки; − бадейные проемы ограждаются сеткой с размерами ячеек не более 50×50 мм из проволоки толщиной 3-4 мм, вверху ограждение имеет конусообразные отбойники; высота ограждений должна быть: для двухэтажного полка на верхнем этаже – 2 м, на нижнем – 2,5 м; для трехэтажного полка на нижнем – 2,5 м, на среднем и верхнем – 2 м; − зазор между полком и возводимой крепью ствола, опалубкой или щитом-оболочкой должен быть не более 120 мм; − на всех этажах полка должны быть проемы для пропуска труб подачи бетона, сжатого воздуха, водоотлива, при этом проемы под трубы подачи бетона должны иметь размеры, позволяющие разместить две трубы с фланцами; зазоры между фланцами трубопроводов и ободом полка должны быть 100-150 мм; − по периферии этажей полка необходимо предусматривать решетчатое ограждение высотой не менее 1400 мм, нижняя часть которого зашивается сплошным листом на высоту 300 мм толщиной 2,5-3 мм с открывающимися проемами (4 шт. на этаж) для сброса мусора при очистке этажей; − зазор между крепью ствола и монорельсом погрузочной машины принимается равным 440-490 мм; 131

− зазор между крепью ствола и ободом нижнего этажа полка должен перекрываться фартуками из металла и транспортерной ленты в два слоя; − на верхнем и среднем этажах полка для пропуска центрального отвеса необходимо оставлять проемы размером 350×350 мм, перекрываемые лядами с вырезом под канат отвеса, а у места нахождения рабочего, обслуживающего полок, предусматривать корзину для хранения центрального отвеса; − шкивы, служащие для отклонения направляющих канатов, необходимо располагать в трехэтажных полках под средним и на нижнем этажах, в двухэтажных полках – в направляющих стойках; − расположение отклоняющих шкивов в плане должно исключать или максимально уменьшать закручивающий момент от усилий натяжения проводниковых канатов и обеспечивать равномерное расположение точек подвески опалубки; − зазор между канатами и обечайкой монорельса должен быть не менее 100 мм; − на нижнем этаже полка с двух сторон от центральной подвески необходимо предусматривать смотровые окна размером 400×400 мм, которые ограждать цилиндром из листового железа высотой 150 мм и перекрывать решеткой с ячейками 40×40 мм из круга диаметром 16 мм; − все ляды на этажах полка должны иметь конструктивные элементы, обеспечивающие их закрытие под действием собственного веса; − ляды на нижнем этаже, предназначенные для перехода машиниста в кабину породопогрузочной машины, необходимо располагать у монорельса. Для машины КС-2у/40 нужно предусматривать одну ляду, а для 2КС-2у/40 – две, расположенные диаметрально противоположно; проем ляды должен иметь ступеньки и поручни, а также крюки для крепления гибкой лестницы к забою ствола, которая входит в комплект полка; − высота и конструкция раструба для пропуска трубы вентиляции на среднем (в трехэтажном полке) или нижнем (в двухэтажном полке) этаже должна обеспечивать установку на него наращиваемой трубы таким образом, чтобы верхний конец ее выступал над верхним этажом на 900-1100 мм, при этом высота раструба должна быть не менее 1200 мм, а при невозможности осуществления этих требований на верхнем этаже должна предусматриваться монтажная площадка для крепления наращиваемой трубы; − высота опорных рамок под гидродомкраты, кронштейны для отклоняющих шкивов и стоек должна быть не менее 150 мм; − маслостанцию гидрораспора полка необходимо располагать на нижнем этаже с учетом последующего переоборудования полка для армирования (в "нейтральной" зоне машины для бурения лунок); − баки для воды (водоотлива и промывки шпуров) должны располагаться на этажах таким образом, чтобы обеспечивалось устойчивое положение полка при его перемещениях по стволу; 132

− во избежание попадания взорванной породы на полки балок нижнего этажа они должны обшиваться листом толщиной 3 мм под углом 55-60°; − междуэтажные стойки необходимо располагать таким образом, чтобы они находились в месте подхода балок подвески полка к ободу этажа. Остальные стойки должны быть расположены так, чтобы исключить касание ободов этажей о крепь ствола; − на нижнем этаже полка необходимо предусматривать устройство для крепления цепей (канатов) страховки грейфера в процессе ведения взрывных работ; − разводку кабелей лучше производить под верхним (средним) этажом полка, разводка на нижнем этаже должна выполняться в защитных кожухах. Так как проходческие полки переоборудуются для армирования, определяющими параметрами для межэтажных расстояний являются шаг армировки и расстояние от осей лунок до этажа полка, которое зависит от типа бурильной установки, используемой для бурения лунок под расстрелы. Электрооборудование проходческих полков выполняется во взрывобезопасном исполнении. Разводку кабелей по этажам производят в специальных металлических рукавах, которые крепят к настилу этажей при помощи планок и болтов. Междуэтажную разводку кабелей ведут внутри периферийных стоек. Разводку кабелей под этажи производят без специальных металлических рукавов, при этом крепление кабелей осуществляется при помощи крюков. Электрооборудование проходческих полков должно состоять из пяти систем: освещения, стволовой сигнализации, телефонизации, газовой защиты и блокировки от столкновения бадьи со стволопогрузочной машиной. Система освещения предназначена для освещения рабочих этажей полка и забоя. Щит освещения устанавливается на нижнем этаже полка. Напряжение 220 В должно поступать с поверхности на щит освещения к двум пускателям со штепселем ПРШ-1 через шахтную коробку КШВ-1. Для освещения применяют светильники "Проходка-2". При двухэтажном полке используют по три светильника для освещения верхнего и нижнего этажей полка и четыре – для освещения забоя. При трехэтажном полке – по два светильника для верхнего, среднего и нижнего этажей, и четыре – для освещения забоя. Для удобства эксплуатации система освещения должна быть разбита на две части, каждая из которых должна включать в себя половину светильников с каждого этажа, что позволяет, не отключая всего освещения, делать замену вышедших из строя элементов. Управление каждой группой осуществляется раздельно с помощью ручных пускателей со штепселем ПРШ-1, установленных на щите освещения. Стволовая сигнализация, расположенная на полке, предназначена для подачи звуковых сигналов от полкового рукоятчику (электрическая), от рабочих забоя полковому (тросовая) и для подачи аварийного сигнала из забоя или полка. При использовании для проходки ствола двух подъемных машин предусматривается два пульта сигнализации, а при использовании одной подъемной машины – один пульт сигнализации. 133

Пульты сигнализации устанавливаются на нижнем этаже полка, они предназначены для подачи звуковых и световых сигналов. Кодовый звуковой сигнал, соответствующий характеру операции, необходимо подавать с помощью тягового сигнального включателя ВСТ. Сигнал должен дублироваться звонком СВ-2. Аварийный сигнал подают с полка или забоя тросом с использованием сигнального включателя ВСА и воспроизводят гудком переменного тока ПВСС-313У5 и звуком специального механического устройства. На подвесном проходческом полке устанавливается телефонная связь, предназначенная для переговоров полкового с рукоятчиком. Для этой цели на пульте сигнализации устанавливают телефонный аппарат с автономным питанием. Переговоры осуществляют с помощью телефонного аппарата ТАШ-МБ и аппаратуры громкоговорящей связи АП-КМ-У5 или "Вызов". Система газовой защиты предусматривает непрерывный контроль содержания метана. Датчик ДМТ-4 устанавливают под нижним этажом полка. Станцию аппаратуры контроля метана АС-3У устанавливают в копре. При достижении концентрации метана 1% должна автоматически отключиться электроэнергия, подаваемая на полок. На подвесном проходческом полке монтируется система блокировки, которая предназначена для исключения столкновения бадьи с поворотной рамой породопогрузочной машины КС-2у/40, когда последняя находится в зоне бадьевых проемов, а также для блокировки подъемов при открытых калитках бадьевых ограждений. Система блокировки должны включать в себя унифицированный датчик контроля ДКПУ-22, магнитно-герконовый датчик и кабельный ящик ЯРВ-1. При занятости бадейного проема погрузочной машиной датчик выдает сигнал в схему управления подъемной машины. В свою очередь, машинист стволовой породопогрузочной машины при получении светового сигнала "опускается бадья" должен отвести машину из-под бадейного проема. Если по какой-либо причине породопогрузочная машина будет продолжать занимать бадьевой проем, то при подходе бадьи на расстояние 3-5 м до рамы погрузчика должен сработать концевой выключатель на указателе глубины работы подъемной машины, и бадья остановится, а лампы или специальный сигнал дадут знать полковому, что подъем остановлен. По такому сигналу полковой должен принять меры по освобождению бадьевого проема. После того, как бадьевой проем будет освобожден, полковой получает соответствующий звуковой или световой сигнал. Машинист продолжит движение бадьи только после сигнала полкового. На обоих этажах подвесного проходческого полка над проемами для насоса и спасательной лестницы установливаются ляды. Проемы для ставов труб ограждаются цилиндрическими раструбами высотой 800 мм над перекрытием каждого этажа. Для сообщения между этажными площадками устанавливаются лестницы. На верхнем этаже в месте примыкания лестницы имеется проем размером не менее 600×700 мм. Проем перекрывается лядой. На полке конструктивно предусматривается система шкивов, которые необходимы для использования направляющих канатов, для подвески опалубки как показано на рис. 6.15 и подвески самого проходческого полка. 134

Рис. 6.15. Схема расположения системы шкивов на полке: 1 – гидрораспор полка; 2 – направляющие лыжи; 3 – сплошные раструбы для пропуска бадей; 4 – ограждающие проемы на верхнем этаже; 5 – центральная опора породопогрузочной машины; 6 – направляющие канаты подъема бадей, используемые для подвески опалубки; 7 – отклоняющие шкивы; 8 – шкивы подвесного устройства полка.

В зависимости от технологической схемы проходки ствола применяют соответствующие схемы подвески полков (рис. 6.16): − на одном канате при помощи коуша, расположенного на верхнем этаже полка рис. 6.16, а; − на двух ветвях одного каната при помощи одного (рис. 6.16, б) или трех шкивов (рис. 6.16, в) установленных также на верхнем этаже; − на направляющих канатах (рис.6.16, г), огибающих шкивы, установленные между этажами под верхней этажной площадкой ил на стойках соединяющих этажи полка; − на четырех ветвях каната (рис. 6.16, д), расположенных на периферии полка (каждая пара ветвей огибает два шкива, устанавливаемых на двух балках под верхнем этажом полка. Подвесные устройства первых трех схем в шахтном строительстве в настоящее время применяются очень редко, даже на стволах малого диаметра. Полки с такой системой подвески очень неустойчиРис. 6.16. Схемы вы и при подъеме или опускании дают подвески ползначительные перекосы, что затрудняет их ков движение по стволу и повышает опасность работы проходчиков. Наиболее часто в настоящее время применяются схемы подвески проходческих полков, показанные на рис. 6.16, г,д. 135

6.6. Оборудование для крепления стволов монолитным бетоном и железобетоном Для механизации возведения постоянной монолитной бетонной крепи в вертикальных стволах применяют металлические передвижные опалубки. Для возведения постоянной крепи применяют различные конструкции металлических опалубок. Секционная опалубка (рис. 6.17) состоит из отдельных секций 1 (листовая сталь толщиной 5-6 мм), которые образуют внешнюю оболочку опалубки. Секции закреплены на двух или трех каркасах жесткости 2 (швеллерные полукольца с ребрами жесткости), которые соединены стяжными винтами (фаркопфами) 3 и вставками 4. При отрыве от крепи вставка вдвигается внутрь ствола, а винтовые стяжки сжимаются. При этом диаметр наружной поверхности уменьшается на 8-10 см. После перемещения опалубки в новое положение винтовые Рис. 6.17. Секционная опалубка стяжки разжимаются, вставка устанавливается в прежнее положение. Опалубка, как правило, подвешивается на направляющих канатах бадей или, реже, на отдельных канатах, предназначенных специально для этой цели. Высота рабочей части применяемых опалубок зависит от горногеологических условий сооружения ствола и колеблется от 2 (при проходке стволов в слабоустойчивых породах) до 4,5 м (в крепких, устойчивых породах). Для сокращения затрат труда на отрыв применяют опалубку с механизированным отрывом типа ОМ (рис. 6.18). Она состоит из нижнего и верхнего колец 1 и 2, соединенных между собой стойками 3 и секцией 4. Секции закреплены на нижнем кольце при помощи шарниров 5 и образуют наружный контур опалубки. Секции 4 могут поворачиваться вокруг шарнира 5, что дает возможность отклонять их верхнюю часть на 30 мм. 136

Рис. 6.18. Опалубка ОМ с механизированным отрывом секций от бетона

После заполнения заопалубочного пространства бетонной смесью и схватывания ее в резиновый рукав 7, расположенный в верхнем кольце, нагнетают сжатый воздух. Рукав расширяется и поворачивает вокруг шарнира верхнюю часть секций, отрывая их от бетона, и опалубка опускается на новую заходку. Затем в шланг 8 нагнетают сжатый воздух, секция поворачивается до упора в бетон предыдущей заходки и удерживается в таком положении. Отрыв нижней части опалубки от бетона происходит под действием собственного веса опалубки после отрыва секций. В нижней части опалубка имеет наклонный поддон 6. В настоящее время широко используется разработанная трестом "Донецкшахтопроходка" секционная самоцентрирующаяся опалубка ОСД, которая изготавливается в двух вариантах – с жестким и канатным отрывом. Опалубка первого типа имеет жесткий каркас, за стойки которого ее подвешивают на канатах. На каркасе жестко закреплены ролики, которые входят в зацепление с откосами, установленными на секциях. При спуске каркаса ролики действуют через откосы на секции, которые смещаются внутрь ствола и 137

Рис. 6.19. Секционная самоцентрирующаяся опалубка ОСД

отрываются от бетона. Таким образом, опалубка отрывается под действием собственного веса. После спуска опалубки на новую заходку ее устанавливают поддоном на частично не убранную породу, при этом делают небольшой напуск подвесных канатов. Каркас под действием собственного веса оседает, а ролики раздвигают секции в крайнее положение, замыкая зазоры между секциями. Опалубка ОСД с канатным отрывом (рис. 6.19) состоит из жесткого каркаса, выполненного в виде двух горизонтальных колец 1 и 4, соединенных между собой вертикальными стойками 2. На кольца каркаса посредством косынок 5 опираются секции 3, жестко соединенные между собой и образующие формующую оболочку. Соединенные между собой секции оболочки образуют, как правило, три одинаковых сегмента, соединяемых в нижней и верхней части с помощью винтовых стяжек 8. В состав опалубки ее верхней части входят фаркопфные секции. Каждая их них образуется из двух полусекций. Полусекции раздвигаются, образуя 138

зазор между собой величиной до 140 мм. В фаркопфной секции предусматривают специальную вставку, которая перекрывает зазор. В рабочем положении полусекции должны иметь возможность разводиться, образуя максимальный зазор между ними. Для уменьшения наружного диаметра опалубки и ее отрыва при опускании на следующий участок бетонирования полусекции фаркопфных секций должны иметь возможность сближаться. Перемещение полусекции фаркопфных секций осуществляется за счет взаимодействия цапф каркаса со специальными планками полусекций. Цапфами должны быть снабжены оба кольца каркаса. Для увеличения наружного диаметра опалубки до рабочего размера необходимо, чтобы после опускания каркаса под действием собственной массы его цапфы, перемещаясь по пазам, сближали полусекции, и после окончания опускания каркаса секции под действием собственной массы опускались до упора опорными ребрами в каркас. В опалубке, для ее перемещения с сохранением рабочего диаметра (опускание, центровка), предусмотрены три поворотных кронштейна, которые установлены под каркасом. При необходимости эти кронштейны должны поворачиваться, лишая каркас возможности перемещаться относительно секций, что позволяет наружному диаметру опалубки оставаться постоянным. В фаркопфных секциях предусматривают поворотные крюки для их фиксации, что позволяет после демонтажа поддонов осуществлять, при необходимости, перемещение опалубки по закрепленному участку ствола. Отжимные планки, крепящие цапфы к каркасу, обеспечивают возможность демонтажа пришедших в негодность цапф. Для этого каждая отжимная планка имеет возможность отсоединяться от каркаса, для чего в имеющиеся в ней два резьбовых отверстия ввертывают болты, которые, упираясь в каркас, извлекают отжимную планку вместе с соединенной с ней цапфой. Для предупреждения коррозии и загрязнения в резьбовые отверстия на время эксплуатации опалубки ввинчивают бронзовые болты. Отрыв секции от бетона осуществляют с помощью клинового механизма, имеющего на стыках секций продольно-наклонные пазы 10, с которыми взаимодействуют пальцы (ролики) 7, закрепленные на нижнем и верхнем кольцах каркаса опалубки. Отрыв опалубки от бетона происходит при ослаблении натяжения канатов подвесок 9. При этом каркас, перемещаясь вниз, пальцами 7 воздействует на наклонные поверхности пазов 10, вследствие чего горизонтальные составляющие силы осуществляют отрыв сегмента от бетона, благодаря чему происходит уменьшение наружного диаметра опалубки. После отрыва опалубка перемещается на новую заходку. Освобожденные от бетона секции под действием собственного веса вместе с каркасом 139

Рис. 6.20. Секционная шагающая опалубка конструкции ВНИИОМШСа

опускается вниз. Пальцы при этом, скользя по наклонным поверхностям пазов, устанавливают заданный наружный диаметр формующей оболочки. Для подачи бетона за опалубку в верхней части секций приварены выступающие внутрь карманы 6. Металлическая передвижная опалубка, применяемая при проходке вспомогательного ствола шахты "Обуховская № 1" показана на рис. 6.19. Секционная шагающая опалубка конструкции ВНИИОМШСа (рис. 6.20) состоит из собственно опалубки и несущего кольца, которые соединены демпферным устройством. Опалубка состоит из каркаса жесткости 8 и двух секций 9 и 3, соединенных фаркопфами 5 и вставками 6. Секции состоят из отдельных сегментов, соединенных болтами. Сегменты имеют шарнирные выступы, которые при укладке бетона образуют лунки. Несущее кольцо 2 состоит из восьми секций, которые при монтаже в стволе соединяют между собой болтами или электросваркой. В четырех секциях установлены выдвижные ригели 4 для раскрепления кольца в лунках, образованных в бетоне шарнирными выступами. На четырех остальных секциях установлены пневмотали 1 для спуска опалубки. Трос пневмотали в виде полиспастной подвески 7 закреплен на верхнем кольце каркаса жесткости. Спуск несущего кольца осуществляют демпферным устройством 10 (цилиндр с двумя поршнями и штоком, заполненный консистентной смазкой). Несущее кольцо и опалубка перемещаются поочередно. 140

Бетон опускают в ствол за передвижную опалубку с помощью оборудования для спуска бетонной смеси. Это оборудование (рис. 6.21) состоит из приемного бункера 1 с лотком и вибратором, воронки 2, става труб 4, телескопического устройства 3, гасителя скорости бетонной смеси 5, гибкого бетоновода ("хобота") 6, приемной воронки на полке и рештака. Приемный бункер должен иметь емкость, равную вместимости одного-двух бетоновозов. Служит он для приема и подачи бетонной смеси в загрузочную воронку. Устанавливается бункер у устья ствола на шарнирах. После загрузки бункера бетоном его приподнимают лебедкой до такого уровня, чтобы бетонная смесь Рис. 6.21. Общая схема подачи бетонсамотеком по лотку перемещаной смеси в ствол лась в воронку. Максимальный подъем бункера – 70°. У устья бункера перед лотком должна быть заслонка, которой регулируют поток бетонной смеси. Загрузочная воронка имеет решетку с ячейками не более 70×70 мм, предотвращающую попадание в бетонный став посторонних предметов, крупных кусков щебня. Эта мера уменьшает возможность забучивания бетонного става. Для бетоноводов используют стальные трубы длиной от 6 до 12 м. Длина ограничивается возможностью разворота негабаритной трубы в копре и сложностями нижней разводки бетона от якорной трубы. Оптимальная длина трубы бетонного става должна определяться в каждом конкретном случае. Трубы изготавливаются из марок углеродистых сталей 15ХФ или 20Х с наружным диаметром 168; 180 и 219 мм и толщиной стенок от 8 до 12 мм. В стволах диаметром до 6 м обычно предусматривают один став бетонопровода, в стволах глубиной свыше 600 м и диаметром более 6 м рекомендуется монтировать два става. 141

Рис. 6.22. Гасители скорости: а – коробчатый с чугунными вкладышами; б – установленный на опалубке; 1 – опалубка; 2 – плита; 3 – карман опалубки; 4 –телескопический бетонопровод

Для гашения скорости движения бетонной смеси на конце трубопроводов устанавливают гаситель скорости. Конструкция всех гасителей скорости (рис.6.22) основана на изменении направления движения бетонной смеси. Наибольшее распространение получила коробчатая конструкция гасителя скорости с чугунными вкладышами для уменьшения нижней части гасителя. Подачу бетонной смеси от гасителя скорости за опалубку производят по одному или двум гибким ставам. При одном бетонопроводе и двух гибких ставах на полке устанавливают распределительное устройство. Для обеспечения перемещения подвесного полка во время укладки бетонной смеси за опалубку применяют телескопические выдвижные трубы диаметром 150 и 200 мм. Телескопическое устройство свободно входит в основную трубу бетонного става, что обеспечивает возведение постоянной крепи ствола на 23 заходки без наращивания трубопровода. При креплении бетоновода к стенкам постоянной крепи на анкерах телескопическое устройство устраивают иногда внизу ствола из трубы большего диаметра, чем бетонопровод. Телескопическая труба подвешивается на лебедке, расположенной на поверхности. Гибкий став собирают из конических патрубков (рис.6.23) длиной 500 мм, соединяющихся между собой при помощи канатов или крючков и накидных петель, которые пропущены через отверстия в угольниках и хомутах подвески. Длина гибкого става определяется расстоянием между опалубкой и полком и изменяется от 10 до 20 м. Рис. 6.23. Гибкий став: а – общий вид; б – конический патрубок при канатном соединении; в – конический патрубок при соединении на петлях; 1 – канаты; 2 – патрубок; 3 – хомут.

142

Наращивание бетонного става труб, подвешенных на канатах, производят с поверхности. При этом используют специальное телескопическое устройство, образуемое конусной трубой меньшего диаметра, соединяющееся с приемной воронкой и верхней трубой бетонного става. Бетонопроводы подвешивают в стволе либо к постоянной бетонной крепи посредством хомутов и анкеров (рис. 6,24) либо к канатам проходческих лебедок (рис. 6.25). Трубопроводы на канатах целесообразно подвешивать при оснащении стволов глубиной до 300 м. Для крепления труб к канатам используют хомуты. Хомут очень плотно облегает трубу и при затяжке всех болтов полностью ее удерживает. На одну трубу должно устанавливаться не менее 2-х хомутов. Для подвески бетоновода необходимо применять конструкцию крепления, разработанную в тресте "Донецкшахтопроходка". Эта конструкция с использованием двух отвесов (рис. 6.26), позволяет достичь высокой степени вертикальности става труб для спуска бетонной смеси, так как незначительное нарушение вертикальности труб приводит к их быстрому износу и большим материальным затратам и затратам времени на замену или ремонт. Для соединения труб между собой используют быстроразъемные соединения конструкции "Донецкшахтопроходка" и муфтовые (стаканного типа), которые обеспечивают высокую соосность труб.

Рис. 6.24. Схема подвески бетонопровода к крепи ствола: а – полумуфтное соединение труб; б – соединение труб при помощи накладных хомутов; 1 – визирные планки; 2 – центровочный винт; 3 – став труб; 4 – отвес; 5 – анкер; 6 – фаркопф; 7 – тяги; 8 – полумуфта, приваренная к трубе; 9 – полухомут

Рис. 6.25. Схема подвески бетонопроводов на канате

143

Рис. 6.26. Конструкция крепления труб треста Донецкшахтопроходка: 1 – балка; 2 – хомут; 3 – став труб; 4 – кронштейн

Все трубы должны храниться на специально отведенных площадках, оборудуемых недалеко от копра. Стеллажи труб хранятся с разделением их деревянными прокладками, предохраняющими от деформаций. Контрольные вопросы 1. Типы, конструктивные особенности и область применения стволовых погрузочных машин с ручным и механизированным вождением грейфера по забою. 2. Назначение, конструкция и область применения стволопроходческой машины ПМС. 3. Выбор бурильных машин и оборудования при проходке стволов. 4. Конструктивные особенности и область применения стволовых бурильных установок типа БУКС и СМБУ. Правила установки и раскрепления машин в забое. 5. Типы, конструкции и область применения перфораторов. Определение количества перфораторов, необходимых для обуривания забоя ствола. Правила обозначения модификаций перфораторов. 6. Типы и конструкции буровых штанг. 7. Выбор буровых коронок для конкретных условий проходки ствола. Типы и конструкции коронок, применяемых для бурения в стволе. 8. Виды и конструкции твердосплавных вставок для коронок, применяемых при проходке стволов. 9. Назначение, конструкция и основные параметры отбойных молотков. 10. Назначение и типы проходческих подвесных полков. 11. Технические требования к конструкциям проходческих полков. 12. Электрооборудование проходческих полков. Основные требования к функционированию систем освещения, сигнализации, связи, газовой защиты и блокировки при работе людей на полке и в забое. 13. Схемы подвески полков, их достоинства, недостатки и область применения. 14. Состав оборудования для крепления стволов монолитным бетоном и железобетоном. Общая схема подачи бетона в забой ствола. 15. Назначение и конструкции металлических передвижных опалубок. Как может осуществляться отрыв опалубки от бетона? 16. Способы и конструкции подвески бетонопроводов в стволе.

144

7. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРИ ОСНАЩЕНИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ Необходимо отметить, что название "вспомогательное оборудование" весьма условно, так как при определенной ситуации проходки ствола в целом или проходческого цикла в частности каждое из них выполняет основную функцию. Стволовое вспомогательное оборудование очень разнообразно, ниже рассмотрим наиболее важное. 7.1. Копровой комплекс Для проходки вертикальных стволов используются копровые комплексы, которые включают: копер, разгрузочный станок, нулевую раму, подшкивную площадку. Копры служат для расположения направляющих и подъемных шкивов, шкивов для подвески горнопроходческого оборудования в стволе, а также для размещения разгрузочного станка, сигнальных устройств, аппаратуры управления и др. При сооружении вертикальных стволов применяют временные и постоянные копры (станковые с укосинами, шатровые, полушатровые, башенные и совмещенные). Тип копра определяется проектом, при этом основными критериями при выборе должны быть суммарные нагрузки на копер, глубина и диаметр ствола. При выборе копра для проходки вертикальных стволов необходимо учитывать нижеприведенные сведения о копрах. Проходческие копры. В шахтном строительстве используют шатровые копры, разработанные ВНИИОМШСом (табл. 7.1) и "Донгипрооргшахтостроем" (табл. 7.2). Они предназначены для проходки стволов глубиной до 1600 м, диаметром в свету до 9 м. Таблица 7.1 Копры проходческие конструкции ВНИИОМШС Основные размеры Тип копра ВНИИОШС-I ВНИИОШС-II ВНИИОШС-III ВНИИОШС-IV "Север-1" "Север-2"

Глубина Диаметр ствола, м ствола, м 400 800 1100 1400 1200 1600

5 6,5 7,0 9,0 8,0 9,0

длина

ширина

12 14 12 14 15 16

12 14 12 14 15 16

Размер Общая подшкивмасса, высота ной плот щадки, м 5,5×5,5 19 35,0 7×7 20,5 60,0 22 7×79 80,0 22,5 93,0 8×9,56 22 86,0 6×8 25 130 9×9

Копры ВНИИОМШСа устанавливают на монолитные фундаменты. В качестве обшивки используют асбоцементные листы усиленного профиля по деревянной обрешетке или стальному фахверку, а для копров типа "Север"– панели из профнастила "Сэндвич" по стальному фахверку. В настоящее вре145

мя копры, как правило, обшиваются стеновым профлистом. Утепленные панели используют в исключительных случаях. Недостаток таких копров – большое число малоразмерных элементов, собираемых на болтах, не позволяющее применять индустриальные методы монтажных работ на строительной площадке. К недостаткам копров I, II, III и IV типов следует отнести малую несущую способность и небольшую высоту, что исключает возможность использования с этими типами копров большегрузных бадей. Более совершенными являются копры конструкции Донгипрооргшахтостроя (табл. 7.2). Общий вид унифицированного копрового комплекса Донгипрооргшахтостроя приведен на рис. 7.1. Таблица 7.2. Крупноблочные копровые комплексы Тип копра

Глубина ствола, м

Диаметр ствола, м

КПК-1

До 500

До 6,0

12

12

26

КПК-2

До 1000

6-7,0

14

14

32

16

16

36

КПК-3

Свыше 1000 Свыше 7,0

Размеры, м длина ширина высота

Забойные Общая механизмы масса, т КС-3 КС-2у 100 КСМ-2у КС-2у КС-1м 190 2КС-2у 240 2КС-1м

Рис. 7.1. Копровый комплекс конструкции Донгипрооргшахтостроя: 1 – фундамент; 2 – нулевая рама; 3 – разгрузочный станок; 4 – шатер копра; 5 – подшкивная площадка; 6 – ограждающие конструкции (обшивка); 7 – проходческий полок на платформе.

146

Шатер копра, разгрузочный станок, нулевую раму, ограждающие конструкции и подшкивную площадку изготавливают на заводе в виде укрупненных блоков, размеры которых определяют возможностью перевозки с завода к месту монтажа автомобильным или железнодорожным транспортом. Конструкция копра за счет быстроразъемных соединений и дополнительных устройств обеспечивает возможность применения индустриальных методов монтажных работ на строительной площадке. При использовании этих копров для оснащения вертикальных стволов подшкивная площадка иногда выполняется двухярусной (в этом случае на нижнем ярусе устанавливают шкивы для подвески проходческого оборудования при проходке ствола, а на верхнем ярусе – подъемные шкивы), но чаще всего – одноярусной. Это обеспечивает возможность переоборудования копра в минимальные сроки для проходки горизонтальных и наклонных горных выработок. Разгрузочный станок оборудуют секторным затвором. Бункер разгрузочного станка выполняют объемом до 15–20 м3. Обшивку копра выполняют в виде навесных металлических панелей из профилированного листа размером 3×6 и 3×12 м, которые могут использоваться многократно. Панели навешивают на металлоконструкции шатра с помощью винтовых зажимов. Копер устанавливают на четырех отдельных фундаментах из инвентарных железобетонных блоков БФ-2. Постоянные (стационарные) копры. Различают шатровые, полушатровые, станковые и башенные копры. Шатровый копер представляет собой пространственную конструкцию, имеющую вид усеченной пирамиды, у которой все стойки наклонные. Они применяются в основном при наличии двух подъемных машин, расположенных под углом 180°. Полушатровый копер представляет собой пространственную конструкцию с вертикальной передней стенкой, перпендикулярной к оси подъема. Он используется при расположении подъемных машин с одной стороны ствола. Станковый копер состоит из пространственной конструкции прямоугольного сечения и укосины. Пространственная конструкция служит одновременно и станком. Такие копры широко применяют на стволах различного назначения. Подъемные машины можно располагать с одной стороны под углом 90 и 180° (во втором случае копры имеют две укосины). Башенные копры применяют при использовании высокопроизводительных и экономичных многоканатных подъемных машин на клетевых и скиповых стволах. Различают башенные копры с несущими стенами из монолитного железобетона, с несущим стальным каркасом и навесными железобетонными панелями в качестве стенового ограждения и из сборных железобетонных элементов. Башенный копер представляет собой башню, в которой устраивается ряд перекрытий, служащих одновременно горизонтальными диафрагмами жесткости и этажами для расположения технологического и электротехнического оборудования. Башенные копры характеризуются большим разнообразием. 147

Наиболее распространенными являются башенные копры прямоугольной формы, позволяющие рационально расположить оборудование. Размеры копров в плане определяются размерами и числом многоканатных подъемных машин. Высота их зависит от назначения ствола. Железобетонные или металлические башенные копры в том виде, каком они запроектированы для эксплуатационных целей, невозможно использовать для проходки ствола, они требуют устройства дополнительных конструкций. В шахтном строительстве накоплен большой опыт оснащения проходки вертикальных стволов с применением башенных копров. Оснащение при этом сопровождается приспособлением башенного копра под размещение проходческого оборудования, пропуск канатов, устройство разгрузочной площадки и пропуск течек и бункеров для породы. Для этих целей при проектировании башенного постоянного копра учитывают проект оснащения и в соответствии с ним оставляют в бетоне отверстия для пропуска проходческих канатов, проемы для монтажа бункеров и течек и лунки для установки временных балок для устройства перекрытий и подшкивной площадки. Схема использования башенного копра для проходки ствола приведена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Схема использования башенного копра для проходки ствола

Последовательность выполнения работ по данной схеме следующая: проходят устье ствола и одновременно с его креплением устраивают фундамент копра, затем возводят копер 1 до высоты 40 м, в копре монтируют подшкивную площадку 2 для шкивов подъема и нижнюю 3 – для шкивов проходческих лебедок, монтируют верхнюю разгрузочную площадку 4 с породными желобами 5, устанавливают нулевую раму 6 и монтируют временные подъемные машины 7. Затем проходят технологический отход и монтируют горнопроходческое оборудование. Одновременно с выполнением этих работ 148

и проходкой ствола заканчивают строительство копра и монтируют оборудование постоянного подъема. Совмещенные копры. Эти копры разработаны институтом "Донгипрошахт" и "Днепрогипрошахт". Конструкция этих копров предусматривает их использование при строительстве шахты, а затем при ее эксплуатации. Копер конструкции "Донгипрошахта" – станкового типа, а конструкции "Днепрогипрошахта" – А-образной формы. Достоинствами совмещенных копров является то, что несущие усиленные элементы копра, воспринимающие нагрузки от проходческого оборудования, изготавливают в заводских условиях. Недостаток – необходимость использования большого объема металлоконструкций. При использовании временных копров для проходки вертикальных стволов необходимо разрабатывать рабочую документацию с учетом следующих технических требований: – шатер копра должен быть крупноблочным и обеспечивать подъем блоков в собранном виде; – монтажные блоки заводской готовности должны отвечать требованиям транспортировки по автомобильным дорогам общей сети России; – габариты узлов в транспортном положении не должны превышать: ширины – 3300 мм, высоты – 4000 мм, длины – 18000 мм. Масса любого монтажного элемента не должна превышать 10 т; – крепления узлов должны быть жесткими, исключающими возможность сдвига, опрокидывания от расчетных нагрузок, действующих на копер; – при конструировании шатра копра должны быть максимально использованы стандартные изделия, в качестве материала – низколегированные и легированные стали; – подшкивная площадка должна быть выполнена из прокатных профилей крупными монтажными блоками заводской готовности, а также обеспечивать размещение проходческих шкивов, подвесных устройств неподвижных ветвей канатов полка, подъем нулевой рамы, свободный доступ к местам установки шкивов для их обслуживания, монтажа и демонтажа; – подшкивная площадка должна быть снабжена надстройкой, оборудованной подъемным устройством для ведения монтажных, ремонтных работ, а также обеспечивать защиту проходческих шкивов от воздействия атмосферных осадков; – разгрузочный станок должен быть крупноблочным и обеспечивать разгрузку бадей с использованием существующих разгрузочных комплексов, выпускаемых предприятиями угольной промышленности; – полное использование надствольного пространства, а в период монтажа и эксплуатации породный лоток должен быть подвешен к подшкивной площадке или иметь возможность перемещаться за пределы ствола; – рабочая площадка разгрузочного станка должна служить для размещения оборудования, участвующего в работе разгрузочного комплекса, а также для складирования кабелей, используемых при проходке ствола; 149

– обшивку копра выполняют отдельными панелями, которые навешивают на шатер копра; со стороны разгрузочных лотков необходимо предусматривать раздвижные ворота с электромеханическим приводом; трудоемкость работ по монтажу обшивки должна быть минимальной; – лестницы и площадки должны обеспечивать свободный выход на все рабочие площадки копра и подшкивную площадку. Выход к подшкивной площадке должен быть независимым и обеспечивать доступ к ней с начала монтажных работ. Предпочтительное положение лестниц – по диагоналям копра в непосредственной близости к стойкам шатра; – фундаменты копра должны воспринимать всю нагрузку, возникающую при проходке ствола и монтажных работах, а также надежно удерживать в устойчивом положении копровой комплекс. Размеры и конструкцию фундаментов в каждом отдельном случае определяют отдельным расчетом. Нулевая рама. Важным элементом копрового комплекса является нулевая рама, служащая для перекрытия вертикального ствола на поверхности, пропуска движущихся сосудов и коммуникаций, обеспечивающих выполнение работ проходческого цикла в забое. Нулевая рама предохраняет ствол от попадания в него посторонних предметов, является местом загрузки и выгрузки материалов и инструментов, а также посадки и высадки людей в бадьи. При проходке стволов с постоянных копров на нулевой раме располагаются шкивы для канатов, на которых подвешено оборудование в стволе. Чаще всего это шкивы полковых канатов, передвижной створчатой опалубки, щита-оболочки. Основной несущей конструкцией нулевой рамы (рис. 7.3.) являются мощные стальные двутавровые балки 1, образующие каркас рамы, несущая способность которых определяется расчетом. К основным балкам крепятся вспомогательные балки 2, которые образуют проемы соответствующего назначения. Основные балки заделываются в крепь ствола, а вспомогательные крепятся с помощью болтов к основным Рис. 7.3. Нулевая рама и друг к другу. Вся поверхность рамы перекрыта настилом 3 из рифленой стали толщиной 5-8 мм. Поперечные балки располагаются так, чтобы они обеспечили необходимую прочность раме и позволили расположить проемы для бадей, которые перекрыты лядами 4, проемы для ставов 150

труб вентиляции 5, сжатого воздуха 6, водоотлива 7, спуска бетонной смеси 8, проемов для спасательной лестницы 9, для канатов и кабелей 10, отвеса 11. В лядах предусмотрены вырезы для направляющих канатов 12. Изготовляют нулевую раму в заводских условиях, на строительную площадку она поступает отдельными блоками. Монтируют ее в непосредственной близости от ствола и по рельсовому пути накатывают на устье. Нулевая рама должна быть крупноблочной, подъемной и предусматривать пропуск через нее подъемных сосудов при проходке ствола, спуск элементов проходческого полка и забойного оборудования. Ограждающие устройства высотой 2,5 м должны иметь ворота для подачи оборудования в бадейные проемы, а также калитку для входа и выхода людей. Каждый бадейный проем имеет свой отдельный выход. На нулевой раме предусматривают (при использовании двух подъемных машин) два помещения оператора, а на рабочей площадке разгрузочного станка – одно помещение оператора. На лядах и проемах для пропуска канатов, кабелей и других стволовых коммуникаций устраивается предохранительный бортик высотой до 120 мм, который препятствует попаданию посторонних предметов в ствол. Ляды для бадей открываются механически различными приводами, а ляды труб, спасательной лестницы и другого оборудования открываются вручную. 7.2. Проходческие шкивы Шкивы подвески проходческого оборудования устанавливаются одинарные или спаренные в зависимости от способа подвески и назначения трубопровода. Там, где трубопровод подвешен на двух ветвях канатах, применяют спаренные шкивы, где на одном канате – одинарный. Шкивы подразделяются на шкивы с вращающейся осью и неподвижной. Так, например, для канатов подъемных установок применяют шкивы с неподвижной осью, для канатов навески проходческого оборудования – с неподвижной осью двух типов ШКН-1 (одинарные с неподвижной осью – рис. 7.4, табл. 7.3) и ШКН-2 (спаренные с неподвижной осью рис. 7.5, табл. 7.4). Шкивы изготавливают из стального литья. Для поддержания и направления канатов подвески проходческого оборудования (полка, опалубки, насосов, трубопроводов, кабелей и др.) могут применяться также проходческие шкивы на подшипниках качения типа ШПК (рис. 7.6, табл. 7.5), а для поддержания подъемных канатов – копровые шкивы типа ШКБ (рис. 7.7, табл. 7.6). Диаметр оси шкива определяется расчетом, а диаметр самого шкива принимается из соотношений: – для подъемов, расположенных в шахте – Дш ≥ 60 dк, – для шкивов, установленных на поверхности – Дш ≥ 80 dк, (для подъемных машин) и Дш ≥ 60 dк, (для подвески оборудования), где dк – диаметр каната, мм; Дш – диаметр шкива, мм. 151

Рис. 7.4. Шкив одинарный с неподвижной осью ШКН-1

Рис. 7.5. Шкив спаренный с неподвижной осью ШКН-2

Рис. 7.6. Проходческий шкив ШКБ конструкции Донгипрооргшахтостроя: 1– ось; 2 – ступица; 3 – спица; 4 – шкив; 5 – обод; 6 – муфта для балансировки; 7 – подшипниковая опора

Рис. 7.7. Проходческий шкив ШПК конструкции Донгипрооргшахтостроя: 1– стопорная шайба; 2 – болт; 3 – торцевая шайба; 4 – пресс-масленка; 5 – роликоподшипник; 6 – опора; 7 – сальниковое уплотнение; 8 – ось; 9 – шкив; 10 – болт; 11 – стопорная крышка; 12 – рым-болт.

153

Таблица 7.3

Д

20 25 31 25,5 43,5 43,5 60,5

56 75 112 95 224 265 425

380 575 570 875 855 855 114

ШКН-04-20-5,6 ШКН-06-25-7,5 ШКН-06-31-11,2 ШКН-09-25,5-9,5 ШКН-09-43,5-22,4 ШКН-09-43,5-26,5 ШКН-1,2-60,5-42,5

Размеры, мм (см. рис. 7.4)

Д1

d

d1

L

480 700 720 100 108 108 114

90 90 100 100 140 180 180

60 60 70 80 – 120 120

А

А1 L1 L2

h

464 – 170 100 230 464 – 170 100 230 464 – 200 100 260 634 100 210 180 280 – – 250 180 320 904 100 340 180 420 824 100 340 180 420

h1 A2 d2

35 60 360 35 60 360 35 70 360 45 75 450 50 90 540 60 125 720 60 125 640

25 26 26 26 26 26 26

Масса шкива, кг

Допускаемая нагрузка на канат, включая его массу, кН

Типоразмер

Диаметр каната, мм

Техническая характеристика шкивов типа ШКН

65 11 15 25 45 61 82

Таблица 7.4 Допускаемая нагрузка на канат, кН

ШКН2-06-22-300-8 ШКН2-06-23,5-390-8 ШКН2-25-650-8 ШКН2-06-25-750-8 ШКН2-09-34-390-16 ШКН 2-09-37-880-16 ШКН2-09-37-980-16

22 23,5 25 25 34 37 37

80 80 80 80 160 160 160

Д

Д1

d

d1

575 575 575 575 865 865 865

700 700 700 700 1050 1050 1050

120 120 120 120 160 160 160

80 80 80 80 100 100 100

Масса шкива, кг

Типоразмер

Диаметр каната, мм

Техническая характеристика шкивов типа ШКН2 Размеры, мм (см. рис. 7.5) L d2 А А1 L1 L2 h h1 A2 A3 885 985 1235 1335 1035 1535 1635

26 26 26 26 26 26 26

100 100 100 100 100 100 100

210 210 210 210 250 250 250

180 180 180 180 180 180 180

280 280 280 280 320 320 320

45 45 45 45 50 50 50

75 75 75 75 90 90 90

700 800 1050 1150 850 1350 1450

300 390 650 750 390 880 980

303 308 333 343 680 755 770

Таблица 7.5 Диаметр Типоразмер каната, мм ЧУ 08.00.000 01 02 03

Радиальная нагруз ка, кН Д

20–22 25–27 30–34 36–40

800 104 160 224

1600 2000 2500 3000

Размеры, мм (см. рис. 7.6) Д1

L

1710 2140 2670 3200

800 900 900 1070

L1

B

l

l1

l2

h

l3

h1

720 105 100 330 160 400 135 720 140 120 380 180 460 155 720 160 120 420 180 490 175 850 180 120 450 220 520 195

50 50 50 50

Маховой момент, Н⋅м2

5700 20200 50500 104000

Масса шкива, кг

Техническая характеристика шкивов типа ШКБ

630 1090 1510 2380

Таблица 7.6 Техническая характеристика шкивов типа ШПК РадиДиаметр альная Типоразмер каната, нагрузмм ка, кН

Размеры, мм (см. рис. 7.7) Д

Д1

n

L

l

l1

l2

l3

l4

B

300 360 360 450 450 450 450

370 400 420 440 470 470 500

300 330 350 370 400 400 430

– 90 90 100 100 100 100

90 160 160 170 170 170 170

90 120 160 145 160 175 200

h

ЧУ09.00.000 18–25 01 21,5–31,5 02 22–35,5 03 36—40 04 41—45 05 46—50 06 51—56

200 250 320 400 500 600 700

500 630 710 800 900 100 112

625 790 890 100 112 125 140

4 8 8 8 8 8 8

410 474 488 604 612 614 634

07

900

132 165

8

700 500 530 480 100 170 235 215

154

57

66

h1

120 40 130 40 150 45 160 45 170 150 180 50 195 55 65

Масса шкива, кг 150 250 340 520 610 760 990 1520

Расчет нагрузок на шкив определяется по схеме, приведенной на рис. 7.6. Р

а А Рис. 7.8 Расчетная схема одинарного шкива

На ось шкива действует сила Р, Н, которая определяется по формуле Р = 2 S cos

α + Qш , 2

где S – рабочее усилие в канате, Н; α – угол наклона ветви каната к вертикали, °; Qш – собственный вес шкива, Н. Наибольший изгибающий момент, Н⋅м, М max =

P A− 4

а . 2

Необходимый момент сопротивления, м3, W тр =

М max , [σ ]

где [σ] – допустимое напряжение металла оси при изгибе, Па. Диаметр оси шкива, м d1 = 3 10 ⋅ W тр ; диаметр шейки оси, м d2 =

5 PB , 2[σ ]

где В – длина шейки оси шкива. Удельное давление на втулку q=

P ≤ [q], 2Bd 2

где [q] – удельное давление, допускаемое при соответствующих действиях.

155

7.3. Спасательные лестницы Спасательная лестница служит для подъема людей из вертикального ствола в аварийных ситуациях. Она представляет собой металлическую конструкцию из труб с ограждением. Конструктивно ее выполняют таким образом, чтобы на ней могла уместиться сидя смена проходчиков в количестве до 30 человек. При проходке стволов применяют спасательные лестницы ЛС-1 и ЛС-2 конструкции ЦНИИподземмаша (рис. 7.9), техническая характеристика которых приведена в табл. 7.7. Спасательные лестницы обоих типов являются разборными и состоят соответственно из 6 и 4 секций.

Рис. 7.9. Спасательные лестницы: а – ЛС-1; б – ЛС-2 1 – несущие трубы; 2 – ступеньки; 3 – предохранительное ограждение

Спасательная лестница подвешивается на одном некрутящемся канате. Концевая нагрузка Qо каната спасательной лестницы слагается из веса лестницы с прицепным устройством, веса каната и максимального количества рабочих, которые могут разместиться на лестнице. К канатам, на которых подвешиваются спасательные лестницы, предъявляются те же требования, что и к канатам грузолюдских подъемных установок. 156

Таблица 7.7 Техническая характеристика спасательных лестниц ЦНИИПодземмаш Тип лестницы ЛС-1 ЛС-2

Показатели Основные размеры лестницы, мм в плане максимальная длина Число секций, шт Вес, кг Максимальное число людей, располагающихся на лестнице Концевая нагрузка Qо (без учета веса каната), кг

600 × 600 28145 6 640 30 3040

∅ 750 16760 4 428 30 2828

ЛС-1 предназначены для стволов диаметром до 6 м, ЛС-2 для стволов диаметром более 6м. Для безопасности людей при подъеме лестницы напротив каждого сидения предусмотрены специальные поручни, за которые держатся проходчики. Для подвески лестницы должны использоваться лебедки с комбинированным приводом. Привод от дизельной электростанции используется в аварийных ситуациях отключения электроэнергии. 7.4. Светильники При проходке стволов для освещения забоя и подвесного полка применяют светильники ППН-500, "Проходка-2", "Свет-3", "Свет-4", техническая характеристика которых приведена в табл. 7.8. Таблица 7.8 Техническая характеристика светильников Характеристика Исполнение Мощность лампы, Вт Сила света, лк Напряжение, В Тип лампы Срок службы, ч Масса, кг

ППН-500 РН 500 – 127 Накаливания – . 29

Тип светильника "Проходка-2" "Свет-3" РВ-1В 125 5600 220 ДРЛ-125 6000 19

РП 300 3500 127 НЗК-127 1500 21

"Свет-4" РП 300 3500 127 НЗК-127 1500 20

Конструкция светильника ППН-500 приведена на рис. 7.10. Светильник состоит из корпуса 5, подвески 2, вводного патрубка 1, патрона 3, лампы 4 и стекла 6. Светильник "Проходка-2" (рис.7.11) применяют при проходке стволов на газовых шахтах. Светильники подвешивают один или два под полком, по одному – под вторым этажом полка и над полком. Минимальная освещенность регламентируется допустимыми нормами освещенности (табл. 7.9). 157

Рис. 7.10. Светильник ППН-500 для проходки стволов Таблица 7.9 Допустимые нормы освещенности Плоскость, в которой нормируется освещенность Приемные площадки стволов Горизонтальная на полу Призабойное пространство Вертикальная на сигнальных табло при проходке стволов Горизонтальная на забое Вертикальная на боковой поверхности ствола на расстоянии не менее 5м от забоя Проходческие подвесные Горизонтальная на полке полки Место работы

158

Минимальная освещенность, лк 10 20 10 5 5

Рис. 7.11. Проходческий стволовой светильник "Проходка-2"

Освещенность забоя, лк, определяют по формуле E=

300( 1 − r h ) n µ I 0 h2

,

где r - расстояние от вертикальной оси светильника до точки, где определяют освещенность, м; h – высота подвески светильника от забоя, м; I0 – световой поток светильника, у светильников "Проходка-2" I0 = 5600 лк, "Свет-3" I0 = 3500 лк; п – число светильников; µ – коэффициент, учитывающий совместную освещенность несколькими светильниками, при п = 1 µ = 1, при п = 2-3 µ = 0,85-0,92. Меньшее значение принимают при r = 1-2 м, большее значение - при r = 3-4 м. Наиболее экономичными являются светильники с лампами ДРЛ типа «Проходка-2». Наиболее неэкономичными являются НСР01-200, РП-100м, РП-200, «Свет-4» и СШС-1. Для питания светильников применяются сухие понизительные трансформаторы ТСШ-4-0,66 и ТСШ-4-0,66-38 Основные данные о трансформаторах приведены в таблице 7.10. 159

Таблица 7.10 Сухие понизительные трансформаторы Показатели

Наименование трансформатора ТСШ-4-0,66

ТСШ-4-0,66-38

4

4

Напряжение: максимальное, В минимальное, В

380;660 133;230

380;660 38

Масса, кг

136

136

Номинальная мощность, кВт

Для питания светильников применяется кабель марки КГЭШ3×35+1×13, который удовлетворяют техническим условиям и правилам безопасности. При соблюдении соответствующих мер кабель освещения может использоваться как кабель для взрывания. 7.5. Стволовая сигнализация и связь При оснащении стволов монтируется связь и стволовая сигнализация, предназначенная для передачи и координации действий от проходчиков и горного надзора, находящегося в забое ствола, обслуживающему персоналу и должна иметь не менее 2-х независимых сигнальных устройств, одно из которых должно выполнять функции рабочей сигнализации, второе – резервной и ремонтной. Устройство рабочей сигнализации должно обеспечить возможность подачи сигналов из забоя на полок, с полка на поверхность рукоятчику-сигналисту и от него машинисту подъема. При установке режима ремонтной сигнализации подача сигнала обеспечивается из любой точки ствола. Ремонтная сигнализация при проходке ствола представляет собой трос с молотом, который ударяет по металлу столько раз, сколько проходчик тянет трос вниз и обеспечивает надежную звуковую сигнализацию. Для подачи электрической сигнализации используется кабель типа КВВГ-14×2,5. Аппаратура АШС-1 предназначена для связи между машинистом подъема, рукоятчиком, полковым на проходческом полке. В комплект аппаратуры АШС-1 входят: колонка стволовой сигнализации машинного отделения КСШ-1, колонка стволовой сигнализации приемной площадки КСП-1, колонка стволовой сигнализации поля (горизонта) КСГ-1, пять блоков питания колонки БПК, одноударные звонки переменного тока ШУ-1, ШУ-2, дребезжащие звонки ШД-1, ШД-2, ламповые табло Т2, Т4, Т6, Т8, Т6С, Т8С, блок аппаратуры горизонтов Ш-КII-Б, Ш-КIII-Б, выключатели тяговые ШТ, натяжные ШН, дверные ШКД, аварийные ШАВ, рычажные ШР, стрелочные указатели ШК, колонки машинного отделения ШК-VH, гудки ГПРВ-2м. Для согласования действий рукоятчика , машиниста подъемной машины, машиниста пульта управления лебедками , абонентов забоя и полков при 160

проходке вертикальных стволов применяются также аппаратура стволовой связи «Вызов».Она обеспечивает: – симплексную двустороннюю громкоговорящую связь рукоятчика с машинистом подъема, с машинистом пульта управления лебедками и абонентами полков; – двустороннюю связь абонентов полка с рукоятчиком; – вызов рукоятчиком машиниста подъемной машины голосом, а машиниста пульта управления лебедками и абонентов полков сигналами и голосом; – вызов рукоятчика абонентами световым сигналом и голосом; – автоматическое подключение к источнику резервного питания при аварийном отключении электроэнергии. В состав аппаратуры «Вызов» входят: блок машиниста БМВ, блок рукоятчика БПР, блоки лебедчика БПВ (6 шт.), блоки забоя БПЗ, блоки каретки БПК, блоки армировки БПА, громкоговорители ГРВ, блок микрофонного усилителя БМУ-1. Для организации беспроводной стволовой связи и сигнализации применяется также аппаратура АСС12. Она обеспечивает воспроизводство информации в удобной форме при автоматическом звуковом и оптическом контроле работоспособности. Команды воспроизводятся на световом табло в виде подписей. Передаваемые из забоя, подъемного сосуда или полка команды контролируются светодиодными индикаторами. 7.5. Маркшейдерское обслуживание При проходке стволов необходим инструментальный замер вертикальности ствола. Для контроля за вертикальностью ствола служат отвесы (рис. 7.12,а), которые представляют собой металлические грузы, с одного конца выполненные в виде конуса, а со второго – в виде полусферы с петлей для крепления троса. Трос для подвески отвеса имеет диаметр 5-10 мм. Масса отвеса составляет от 20 до 50 кг. При проходке стволов контроль производится центральным отвесом, которым пользуются при центровке стволовой опалубки очередной заходки при возведении постоянной бетонной крепи. Боковыми отвесами для точности ведения работ пользуются в соответствии с маркшейдерской инструкцией через 6-10 заходок бе-

Рис. 7.12. Отвесы: а – общий вид; б – схема расположения в стволе

161

тонной крепи. Центральный отвес опускают с нулевой рамы на тросе, который перемещает отвес с помощью, чаще всего, ручной лебедки. Боковые отвесы крепятся к стенкам бетонной крепи на специальных приспособлениях, определяемых проектом. Такие работы производятся маркшейдерской службой. Расстояние от отвесов до стенок крепи должно составлять не более 200 мм и определяться специальными шаблонами. На рис. 7.12, б приведена схема взаимного расположения центральных – главного 1 и забойного 2 отвесов. Боковые отвесы 3 опускают с верхнего звена постоянной крепи и закрепляют на шпильках, забиваемых в деревянные пробки 4, укрепленные в крепи. Обычно число боковых отвесов составляет 8-16. С их помощью контролируется разметка контурных шпуров и правильность возведения постоянной крепи.

Контрольные вопросы 1. Состав и назначение копровых комплексов. 2. Типы проходческих копров конструкции ВНИИОМШСа и Донгипроргшахтостроя. Их конструктивные особенности и область применения. 3. Типы постоянных металлических копров, их использование для оснащения стволов к проходке. 4. Башенные копры. Переоборудование башенных копров для оснащения стволов к проходке. Правила размещения оборудования для проходки в башенном копре. 5. Совмещенные копры, их достоинства, недостатки и область применения. 6. Требования к конструкциям временных копров. 7. Выбор рациональной схемы оснащения для проходки стволов. 8. Назначение, конструкция и монтаж нулевой рамы. 9. Типы проходческих шкивов. Отличительные конструктивные особенности и область применения шкивов типов ШКН-1, ШКН-2, ШКБ и ШПК. 10 Расчетная схема нагружения проходческих шкивов и порядок расчета и выбора шкивов. 11. Назначение, конструкции и требования к подвеске и оборудованию спасательных лестниц. 12. Светильники, применяемые при проходке стволов, их достоинства и недостатки, оборудование для питания светильников. 13. Аппаратура, используемая для сигнализации и связи при проходке стволов. 14. Маркшейдерское обслуживание при проходке стволов. Назначение, конструкция и схемы расположения отвесов в стволе.

162

8. РАСЧЕТ КАНАТОВ ДЛЯ ПОДВЕСКИ ПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 8.1. Расчет канатов для подвески проходческого полка Подвесной проходческий полок подвешивается на двух лебедках по полиспастной системе, т.е. неподвижная ветвь крепится с помощью коушей на подшкивной площадке копра, и опускается в ствол, затем в стволе канат проходит через шкивы полка и подвижная ветвь каната выходит на поверхность и наматывается на барабан лебедки. Как правило, проходческий полок подвешен на четырех ветвях двух канатов. В стволах большой глубины часто неподвижную ветвь каната с креплением к балке переносят с копра в ствол, таким образом длину каната можно уменьшить на 500 м и более. Рассмотрим порядок расчета канатов для подвески проходческого полка и выбора проходческой лебедки. Для расчета примем следующие условные обозначения Qп – вес полка с погрузочным комплексом, пневмо- и гидросистемами и неучтенными нагрузками, Н; qп – максимальная статическая нагрузка на одну ветвь каната подвески полка, Н; nп, nоп – число ветвей каната, на которых подвешены соответственно полок и опалубка; fск – коэффициент трения скольжения подшипников шкивов, fск = 0,15; fк – коэффициент трения качения подшипников шкивов, fк = 0,008; Fн – дополнительная нагрузка на полок от сил трения, возникающих в подшипниках, отклоняющих шкивов направляющих канатов, Н; Fп – дополнительная нагрузка на полковые лебедки от сил трения, возникающих в подшипниках шкивов подвески полка, Н; Fк – дополнительная нагрузка на полковые лебедки от сил трения, возникающих в подшипниках копровых шкивов, на которых подвешен полок, Н; H – глубина ствола, м; h – высота копра, м; k1 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки на лебедки; k1 = 1 – при подвеске оборудования на одной или двух ветвях каната; k1 = 1,25 – при подвеске оборудования более чем на двух ветвях каната; Pр, Рф – соответственно расчетный и принятый вес 1 м каната подвески полка; m, mф – соответственно расчетный и фактический запасы прочности каната для подвески полка; m = 6 (по ПБ); σк – временное сопротивление разрыву проволок каната, МПа. Рекомендуется принимать σк не более 1600 МПа; γф – приведенная фиктивный вес каната, МН/м3; Рекомендуется принимать γф = 0,094-0,1 МН/м3; Qраз – разрывное усилие всех проволок каната, Н; Рл – необходимая грузоподъемность лебедки для подвески полка, Н. 163

Выбор каната

Расчетная нагрузка на одну ветвь каната подвески полка Q qп = п ⋅ k1 , Н nп Расчетный вес 1 м каната qп , кг/м Pp =  σк  − (H + h )  m γ  ф  Фактический запас прочности каната должен быть Qразр mф = ≥ 6 qп + Рф (Н + h ) Выбор лебедок для подвески полка по грузоподъемности

Поскольку лебедки выбираются без коэффициентов запаса по грузоподъемности, то при их выборе необходимо учитывать все нагрузки, которые могут возникнуть в период эксплуатации. К этим нагрузкам относятся как масса подвесного оборудования, так и силы трения, возникающие в подшипниках шкивов при перемещении этого оборудования. Нагрузка от сил трения Силы трения, возникающие в подшипниках отклоняющих шкивов направляющих канатов (для одной ветви каната подвески полка) Fн = 4

α cp nоп (H + h ) f ск sin , nп 2

где αср – средневзвешенное значение угла отклонения направляющего каната на полке от вертикальной оси. Для стволов ∅8 м αср = 34°; для стволов ∅7 м αср = 32°; для стволов ∅6 м αср= 28° Силы трения, возникающие в подшипниках шкивов, подвеске полка (для одной ветви каната)

Fп = 2 ⋅ (q п + Fн ) f к , Н Силы трения, возникающие в подшипниках копровых шкивов, служащих для подвески полка

β β  Fк = 2  cos + sin  q п + Fн + Fп + Рф (Н + h ) f к , Н 2 2 

[

]

где β – угол наклона струны полкового каната к горизонту на участке между лебедкой и шкивом на копре. Обычно этот угол находится в пределах 25-50° и поэтому произведение β β  2  cos + sin  колеблется от 1,7 до 1,9, следовательно, с небольшой сте2 2  пенью погрешности предыдущую формулу можно записать в виде: 164

[

]

Fк = 1,8 f к q п + Fн + Fп + Рф (Н + h )

,Н

Расчетная грузоподъемность лебедки Рл = q п + Fн + Fп + Рф (Н + h ) , Н Лебедка принимается такой, чтобы соблюдалось условие Рл ≤ Рф Для подвески полка обычно принимают лебедки грузоподъемностью 180 кН и более. Примечание: В зависимости от типа подшипников, применяемых в шкивах, в расчетные формулы соответственно подставляются значения fск или fк. Расчет каната подвески проходческого полка рассмотрим на примере вентиляционного ствола шахты «Обуховская №1» ОАО «Донуголь». Исходными данными для расчета канатов подвески проходческого полка являются: Q1 – Q2 – Q3 – Q4 – H– hк– l1 – l2 – l3 – l4 – l5 –

вес металлоконструкции полка, Н вес погрузочной машины КС-2у/40, Н вес рабочих с инструментом на полке (5 человек), Н вес трубопроводов с бетоном на проходческом полке при подаче бетона за опалубку через центральную подвеску полка, Н глубина ствола с зумпфом, м высота копра, м длина струны каната, м длина каната на коуше и под жимками, м длина витков трения, м длина каната под жимками на барабане, м запасная длина каната, м

– – –

358000 99000 5000

– – – – – – – –

20000 920 30 38 5 17 5 30

Нагрузка на одну ветвь каната составляет Q 358000 + 99000 + 5000 + 20000 Q = об K = ⋅ 1,25 = 150625 Н, n 4 где: Qоб = Q1+Q2+Q3+Q4 – суммарная концевая нагрузка, Н; n – число ветвей каната; K – коэффициент неравномерности распределения нагрузки на канатах. Для подвески проходческого полка принимаем канаты по ГОСТ 7668-80 из проволоки с расчетным пределом прочности при растяжении σк = 1600 МПа. По ПБ запас прочности канатов подвески проходческого полка m = 6. Находим вес 1 м каната 150625 Q р= = = 87,7 Н, 1600 σк − (920 + 30) − (H + hк ) 0,1 ⋅ 6 γ фm где γф = 0,1 МН/м3 – фиктивная плотность каната 165

По ГОСТ 7668-80 принимаем канат со значением р = 88 Н, у которого диаметр каната dк = 46,5 мм, суммарное разрывное усилие всех проволок в канате Qраз = 1408300 Н (для проволок σк = 1600 МПа). Проверим фактический запас и запас прочности каната m=

Qраз Q + pH

=

1408300 = 6,1 ≥ 6, 150625 + 88(920 + 30)

что соответствует требованиям ПБ. Расчетная длина канатов

l = 2⋅(H + hк)+l1+l2+l3+l4+l5 = 2⋅(920 + 30) + 38 + 5 +17 + 5+ 30 = 1995 м, Для подвески проходческого полка принимаем два каната (ГОСТ 7668-80) диаметром dк = 46,5 мм, длиной l = 2000 м каждый. Канаты должны быть разной свивки: один – правой, другой – левой. 8.2. Расчет канатов для подвески труб бетонного става Подвеска трубопроводов (бетонопроводов, труб сжатого воздуха и т.д.) на канатах обеспечивает высокие темпы проходки стволов и безопасные условия для работы в забое и на полке, так как наращивание трубопроводов производится на поверхности – в копре ствола. Единственным недостатком такой технологии является ограничение глубины ствола грузоподъемностью лебедок и диаметром канатов. Максимальная глубина стволов, для которой реально использование подвески трубопроводов к канатам лебедок, составляет примерно 420÷470 м. На больших глубинах приходится проходить стволы на трубах, закрепленных к стенке ствола. Ранее выпускавшиеся двухбарабанные лебедки 2ЛП-18 сняты с производства из-за сравнительно малой грузоподъемности и большой аварийности. Однако они и сейчас находят применение при оснащении, так как имеют значительный срок службы. В настоящее время имеются также проектные решения по навеске трубопроводов в стволе на канатах с помощью двух однобарабанных лебедок ЛПП-45, которые устанавливаются одна за другой, а их канаты проходят через спаренные шкивы на подшкивной площадке копра. Расстояние между осями лебедок принимается равным расстоянию между желобами шкивов. Для подвески бетонного става применимы многопрядные канаты ГОСТ 16828-81 или многопрядные канаты фирмы "Бридон Ронс" (Англия), соответствующие стандарту ДИН 21254, которые исключают закручивание бетонного става. 166

Рассмотрим пример расчета и выбора проходческого каната для подвески става бетонопровода. Исходными данными для расчета являются: H – глубина ствола, проходимого с использованием труб бетонного става, подвешенных на канатах, м – 420 pт – вес 1 м трубы диаметром 168 мм, Н – 315,7 n – количество комплектов жимков, шт. – 84 pж – вес одного комплекта жимков, Н – 40 Pб – вес бетона в трубах (при полностью забитом ставе), Н – 143000 hк – высота копра, м – 30 – 41 l1 – длина струны каната, м – 17 l2 – длина витков трения, м – 30 l3 – запасная длина каната, м Нагрузка на одну ветвь каната (одну лебедку) Q=

Qоб Q + Q2 + Q3 132600 + 143000 + 3360 K =Q= 1 K= ⋅ 2 = 278960 Н, n 2 n

где Q1 = pт·Н = 315,7⋅420 = 132600 Н – вес труб; Q2 = 143000 Н – вес бетона в трубах; Q3 = pж ·n = 40·84 = 3360 Н – суммарный вес жимков; n – число ветвей канатов, на которых подвешен бетонный став; К – коэффициент неравномерности распределения нагрузки на канатах. При отсутствии синхронной работы лебедок возможна загрузка одной из двух лебедок на 200 % , т.е. вся концевая нагрузка удерживается одной лебедкой, в этом случае К=2. Для подвески труб бетонного става принимаем многопрядные канаты фирмы "Бридон Ронс" (Англия), соответствующие стандарту ДИН 21254 из проволоки с расчетным пределом прочности при растяжении σк = 1600 МПа. По ПБ запас прочности канатов подвески трубопроводов m = 5. Находим вес 1 м каната 278960 Q р= = = 101,4 Н 1600 σк − (420 + 30 ) − (H + hк ) 0,1 ⋅ 5 γ фm По стандарту ДИН 21254 принимаем канат со значением р = 125,5 Н, у которого диаметр dк = 56 мм, суммарное разрывное усилие всех проволок в канате Qраз = 1950000 Н. Проверим фактический запас прочности каната Qраз 1950000 m= = = 5,03 ≥ 5, Q + pH 278960 + 125,5 ⋅ (420 ⋅ 2 + 30) Расчетная длина каната

l = h + H' + l1 + l2 + l3 = 420 + 30 + 41 + 17 + 30 = 538 м. 167

Для подвески труб бетонного става в конкретном случае принимаем два каната диаметром dк = 56 мм, стандарта ДИН21254, длиною l = 540 м каждый. 8.3. Расчет и выбор канатов и лебедок для подвески стволовой передвижной опалубки Рассмотрим 2 варианта подвески передвижной опалубки. Вариант 1. Канаты служат направляющими для бадьи. Расчет каната

Расчетная нагрузка на 1 канат q оп =

Qоп k1 , Н n оп

где Qоп – вес опалубки, Н; nоп – число канатов, на которых подвешена опалубка; k1 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки на канаты, k1 =1 при nоп = 2; k 1 = 1,25 при nоп > 2. Расчетный вес 1 м каната, Н/м; Pp =

q оп   σк − Но     mγ ф

,

где σк – временное сопротивление разрыву проволок каната, МПа; m – запас прочности каната по ПБ, m = 5; γф – приведенная фиктивная плотность каната, МН/м3; γo = 0,094 МН/м3; Нo – глубина ствола с учетом высоты копра, м. Канат выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие mф =

Qразр qоп + Рф Н о

≥ 5

где Qразр – разрывное усилие всех проволок каната, Н. Расчет грузоподъемности и выбор лебедок

Равнодействующая сил трения, действующих на подшипники отклоняющего шкива R1 = 2qоп sin

α , 2

где α – максимальный угол отклонения оси каната подвески опалубки на полке от вертикальной оси. Для стволов ∅8 м α = 50°; для стволов ∅7 м α = 45°; для стволов ∅6 м α = 40°. 168

Ввиду того, что каждый канат отклоняется двумя шкивами, то дополнительная нагрузка на лебедку от сил трения в их подшипниках (при перемещении опалубки) будет

α ,Н 2 Равнодействующая сил трения, действующих на подшипники шкива β β  R2 = 2 (qoп + Рф H o + Фоп ) ⋅  cos + sin  , Н 2 2  Фоп = 4q оп f ск sin

где β – угол наклона струны каната к горизонту на участке между лебедкой и шкивом. Значение величины угла β такое же, что и для подвески полка, поэтому без большой погрешности можно записать

(

)

R2 = 1,8 q oп + Рф H o + Фоп , Н Сила трения, возникающая в подшипниках копровых шкивов, равна:

(

)

Ф2 = 1,8 f к q oп + Рф H o + Фоп , Н Потребная грузоподъемность лебедки

Рл = qоп + Фоп + Фк + РфНо, Н Вариант 2. Канаты не служат направляющими для бадьи. Расчет и выбор каната производится так же, как и для варианта 1. Расчет грузоподъемности лебедок производится по формуле Рл = qоп + Фк + Рф Но, Н где Фк ≈ 1,8⋅fк (qоп + Рф Но), Н

8.4. Расчет и выбор канатов и лебедок для подвески остального оборудования, используемого при проходке ствола Расчет и выбор каната

Поскольку остальное оборудование, как правило, подвешивается на одной или двух ветвях каната, то коэффициент неравномерности распределения нагрузки принимается равным 1. Расчетный вес 1 м каната Pp =

Qоб   σ т к − Н о    mγ ф  

, Н

169

где Qоб – масса оборудования, т⋅с; n – число ветвей каната, на которых подвешено оборудование. Фактический запас прочности принятого каната mф =

nQразр Qоб + Рф Н о

≥ m

Расчет и выбор лебедки

Силы трения, возникающие в подшипниках копровых шкивов: Q  Qк = 1,9 f к  об + Pф Н о  , Н  n  Потребная грузоподъемность лебедки

Рлеб = Qоб + Qк + РфНо, Н

Контрольные вопросы 1. Основные принципы расчета и выбора канатов для подвески проходческого оборудования. 2. Основные силы и нагрузки, действующие на канаты. 3. Исходные данные для расчета и порядок выбора лебедок и канатов для подвески проходческого полка. 4. Ограничение возможности подвески трубопроводов на канатах и особенности расчета канатов подвески бетонопроводов. 5. Особенности расчета канатов подвески стволовой опалубки. Дополнительные нагрузки на канаты подвески опалубки при использовании их в качестве направляющих канатов для бадей. 6. Расчет канатов и выбор лебедок для подвески вспомогательного проходческого оборудования.

170

9. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ОСНАЩЕНИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ 9.1. Общие сведения Систему электроснабжения вертикального ствола при оснащении определяют с учетом расположения районной подстанции, наличия резервной трансформаторной мощности и резервных фидеров в распределительном устройстве питающей подстанции, пропускной способности линий электропередачи энергосистемы и возможности отчуждения на период строительства участка для прокладки линий электропередачи. Одним из условий, предъявляемым к системе электроснабжения, является возможность увеличения потребления электроэнергии на всех этапах сооружения ствола без коренной ее реконструкции. При оснащении стволов основными потребителями электроэнергии являются строительные машины и механизмы, сварочные агрегаты, осветительные приборы и др. Суммарная мощность этих потребителей составляет примерно 80–120 кВт. Электроснабжение их должно осуществляться с помощью временной линии электропередач (ЛЭП) от близко расположенного действующего или строящегося предприятия или ЛЭП, проходящих в непосредственной близости. При значительном удалении строительства от действующего предприятия и ЛЭП или при их отсутствии могут применяться передвижные дизельные электростанции мощностью 50–100 кВт. При оснащении к проходке вертикальных стволов необходимо учитывать, ч то в соответствии с Правилами технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт строящиеся стволы относятся к III категории сооружений, поэтому их электроснабжение производится не менее, чем по двум питающим ЛЭП независимо от величины напряжения. Расчет каждой ЛЭП производится исходя из условия, что при выходе из строя одной из них оставшаяся в работе линия обеспечит нормальную работу всех электроприемников строящегося предприятия. Двухцепная ЛЭП на опорах должна быть рассчитана на повышенные ветровые и гололедные нагрузки (на порядок выше нормативов, установленных ПУЭ для данного района), и рассматриваться как две питающие линии за исключением электроснабжения шахты (строящейся или эксплуатационной), отнесенной к III категории или сверхкатегорной по метану и опасным по внезапным выбросам, а также с часовым притоком воды свыше 300 м3 и шахт, расположенных в IV и особом районах по гололеду. Для аварийной выдачи людей из ствола при различных причинах, в том числе и при отключении электроэнергии, используются спасательная лестница, подвешенная к канату специальной лебедки, которая имеет ручной привод, а также дизельную электростанцию как аварийный источник питания. Максимум нагрузки приходится на период проходки ствола. В этот период она может достигать 0,8-1,2 МВт на один ствол. 171

К началу проходки стволов должны быть введены в эксплуатацию линии электропередач от районной подстанции, главная понизительная подстанция, временные распределительные пункты, трансформаторные подстанции и смонтированы площадочные электрические сети. Передача необходимой для проходки стволов мощности напряжением 6 кВ на расстояние более 2 км неэффективна, следует использовать постоянные источники электроснабжения напряжением 35 и 110 кВ. В качестве подстанций глубокого ввода напряжением 35 и 110 кВ применяют комплектные трансформаторные подстанции типа КТПБ. Для распределения электроэнергии напряжением 6 кВ между отдельными потребителями и трансформаторными подстанциями при проходке стволов предусматривают распределительные устройства в комплектно-блочном исполнении, доставляемые на промплощадку в полной заводской готовности, или стационарные распределительные пункты из комплектных устройств наружной установки. Для обеспечения надежной работы системы электроснабжения распределительные пункты должны выполняться секционированными. Для распределения электроэнергии напряжением 0,4–0,23 кВ между потребителями при проходке стволов применяют комплектные трансформаторные подстанции типа ПКТП наружной установки или блоки электроснабжения конструкции института "Донгипрооргшахтострой". Временные питающие и распределительные электрические сети прокладывают из кабелей с алюминиевыми жилами (за исключением кабелей, прокладываемых во взрывоопасных помещениях). Сечение кабелей напряжением до 1000 В рассчитывается по нагреву рабочим током (допустимой токовой нагрузке) и допустимой потере напряжения. В сетях напряжением выше 1000 В сечение кабелей рассчитывают по нагреву рабочим током, экономической плотности тока, нагреву током короткого замыкания и допустимой потере напряжения. Принимают максимальное из полученных значений с округлением до ближайшего большего стандартного сечения. Для организации постоянного и временного электроснабжения строящихся угольных предприятий необходимо в соответствии с мощностью шахтостроительной организации определить: сроки начала и окончания строительства, объемы выполнения работ и в соответствии с этим составы комплекса машин и механизмов, а также технологического и вспомогательного оборудования, необходимого для выполнения полного объема работ. Затем в определенной последовательности решить вопросы электроснабжения на период строительства: – произвести расчет максимальных нагрузок электропотребителей; – определить категорию электроснабжения строящегося предприятия; – оформить соответствующую документацию на получение технических условий на электроснабжение стройки. Технические условия составляются проектным институтом при разработке технического проекта. Генеральный подрядчик заключает договор на 172

электроснабжение промплощадки строительства с устройством отвода от действующих ЛЭП в этом районе. В соответствии с выданными техническими условиями к договору на электроснабжение разрабатывается проект временного внешнего и внутреннего электроснабжения. Проект должен иметь следующие разделы: – расчет линий электропередач на потерю напряжения, выбор кабелей и проводов распределительных электросетей промплощадки; – выбор силового электрооборудования; – расчет мощностей и компенсирующих устройств и выбор конденсаторных установок; – выбор и расчет защит. После утверждения проекта в соответствии с графиком строительства приобретаются оборудование и материалы, предусмотренные проектом. 9.2. Выбор оптимального напряжения Ориентировочно значение оптимального нестандартного напряжения U может быть определено из следующих соотношений: – для электропотребителей, у которых значение Р⋅l колеблется в пределах 0,5–25 МВт⋅км U = 4 ⋅ P ⋅ l , кВ

(9.1)

где Р – расчетная активная мощность, МВт; l – длина линии, км; для электропотребителей, у которых Р⋅l колеблется в пределах 25–50 МВт⋅км U = 16 ⋅ 4 P ⋅ l , кВ

(9.2)

Для технико-экономического сравнения принимают два стандартных напряжения, граничащих с напряжением, полученным по формулам (9.1) и (9.2). При равенстве показателей или небольших преимуществах низшего напряжения предпочтение должно быть отдано более высокому. Выбор оптимального внешнего и внутреннего электроснабжения зависит от требований надежности, связанной с категорией электроприемников. При выборе схем электроснабжения необходимо исходить из следующих условий: – в нормальном режиме все линии и трансформаторы должны находиться в работе; –предпочтение отдается магистральным схемам как более экономичным; – к одной магистральной линии напряжением 6–10 кВ предусматривать присоединение трансформаторов: не более двух – мощностью 1600 кВА; не более трех – мощностью 1000 кВА; не более четырех – мощностью до 1000 кВА. – для питания электропотребителей I и II категории использовать две трансформаторные подстанции (ТП); питание ТП предусматривать по двум питающим линиям от разных источников. В нормальном режиме оба транс173

форматора должны находиться под нагрузкой и работать раздельно. Мощность каждого трансформатора следует рассчитывать не менее, чем на суммарную нагрузку электроприемников I и II категории. – целесообразно принимать трансформаторы одинаковой мощности. – необходимо избегать подземной укладки кабелей, а выполнять их открытую подвеску на эстакадах, стенах зданий с соответствующей защитой или располагать в проходных и полупроходных каналах. 9.3. Расчет электрических нагрузок Расчет отдельных электроприемников на строительстве шахтной поверхности и подземных участков производится по методу коэффициента спроса Кс. При расчете активных и реактивных нагрузок используют формулы:

Рр = Рном ⋅ Кс; ϕр = Рр ⋅ tg ϕ, где Рр, ϕр – активная и реактивная нагрузки соответственно; Рном – паспортная мощность электроустановки; tg ϕ – коэффициент мощности. Значения коэффициентов Кс и tgϕ приведены в табл. 9.1. Таблица 9.1 Коэффициенты спроса производственных объектов Наименование токоприемников Электровозная откатка Конвейеры всех видов Главный водоотлив Скиповые и клетевые подъемы Главные вентиляторы Компрессорные, дробилки, грохоты Насосные установки Котельные Подземные технологические комплексы Бетономешалки Электрообогрев бетона Сварочные трансформаторы Краны, подъемники, тали, лебедки Вентиляторы производственные Механические мастерские Административно-бытовые корпуса Освещение подземных участков Освещение промышленных площадок Внутреннее освещение производственных и бытовых помещений Прочие мягкие установки

174

Kс 0,55 0,65 0,8 0,7 0,6 0,7 0,7 0,7 0,6 0,7 0,8 0,3 0,3 0,8 0,3 0,6 1,0 0,9

соs ϕ 0,9 0,7 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 0,75 0,7 0,7 0,85 0,4 0,7 0,7 0,65 0,7 1,0 0,95

tg ϕ 0,48 1,02 0,48 1,02 1,02 1,02 0,88 0,88 1,02 1,02 0,6 2,3 1,02 1,02 1,17 1,02 0 0,32

0,8 0,6

0,9 0,7

0,48 1,02

Для механизмов, комплексов машин, имеющих в своем составе более одного электродвигателя без автоматической блокировки очередности их пуска, Кс определяют из выражения Р К с = 0,286 + 0,714 ε i , Pном с автоматической блокировкой очередности пуска Р К с = 0,4 + 0,6 ε i , Pном где Рi – максимальная паспортная мощность электродвигателя в группе, кВт; ε Рном – суммарная паспортная мощность токоприемников, кВт. Суммарные активные и реактивные нагрузки электроприемников, входящих в состав производственных объектов, определяют с учетом коэффициентов совмещения максимумов: Рε = Рр1 + Рр 2 + ... + Рр n K ε ; (9.3)

( Qε = (Qр

1

+ Qр 2 + ... + Qр n

) )K ε ,

(9.4)

где Рр1 , Рр 2 ,..., Рр n ; Qр1 , Qр 2 ,..., Qр n – расчетные активные и реактивные нагрузки отдельных электроприемников или их групп; Kε – коэффициент совмещения максимумов; Kε = 0,75-0,85 – для подземных участков и комплексов, Кε = 0,7-0,8 – для объектов шахтной поверхности. Меньшее значение Кε применяют при количестве электроприемников свыше 20 единиц, а большее – до 20 единиц включительно. Для выбора силовых трансформаторов и типа понизительных подстанций производят проверочный расчет по формуле

Sn > 1,04 ⋅ K n Pε2 + Qε2 , где Sn – паспортная мощность силового трансформатора понизительной подстанции, кВА; 1,04 – коэффициент запаса мощности; Кn – коэффициент потерь в трансформаторе, для трансформаторов мощностью до 400 кВА включительно Kn = 1,07; Технические данные силовых трансформаторов понизительных подстанций приведены в табл. 9.2, 9.3, а энергетические показатели основного и вспомогательного строительного и горно-шахтного оборудования в табл. 9.4. При строительстве шахт для энергоснабжения потребителей преимущественное применение получили упрощенные перевозные комплектные трансформаторные подстанции напряжением 0,4 и 0,23 кВ. К ним относятся подстанции типа ПКТП-250, ПКТП-400, ПТКП-630, блоки электроснабжения БЭС-400, БЭС-630 и распределительное устройство типа ПРУ-6а. Все они предназначены для приема, преобразования и распределения электрической энергии переменного трехфазного тока частотой 50 Гц, напряжением 0,4 кВ (табл. 9.4). 175

Основными потребителями электроэнергии при строительстве шахт являются горнопроходческие и транспортные машины, оборудование насосных и компрессорных станций, вентиляторных установок и др. (табл. 9.5). Таблица 9.2 Технические данные шахтных комплексных трансформаторных подстанций Параметры Номинальная мощность, кВА Номинальное напряжение, В: нормальное вторичное Схема и группа соединения обмоток

Тип трансформаторной подстанции ТСВП ТСВП ТСВП ТСВП 160/6 250/6 400/6 630/6 160 250 400 630

ТСВП 100/6 100

6000 400/690 У/Д-П У/У-О Напряжение короткого замыкания, В 3,5 Ток холостого хода, А 5,0 Потери короткого замыкания, Вт 1270 Потери холостого хода, Вт 940

6000 400/690 У/Д-П У/У-О 3,5 3,6 1900 1160

6000 400/690 У/Д-П У/У-О 3,5 3,5 2490 1590

6000 690 У/У-О У/У-О 3,5 2,2 3600 2070

6000 690 У/Д-П У/У-О 3,5 1,5 4700 2690

Таблица 9.3 Технические данные комплектных трансформаторных подстанций общего назначения Параметры Номинальная мощность, кВА Номинальное напряжение, В: нормальное вторичное Схема и группа соединения обмоток Напряжение короткого замыкания, В Ток холостого хода, А Потери короткого замыкания, Вт Потери холостого хода, Вт

Тип трансформаторной подстанции КТПН КТПН КТПН 250/6 400/6 630/6 250 400 630 6000 400 У/Ун-О 4,5 4,0 3700 660

6000 400 У/Ун-О 4,5 3,5 5500 920

6000 400 У/Ун-О 4,5 3,0 7600 1310

Таблица 9.4 Краткая характеристика передвижных трансформаторных подстанций и распределительных устройств Марка ПКТП-250 ПКТП-400 ПКТП-630 БЭС-400-6 БЭС-630-8 БЭС-630-6 БЭС-630-8 ПРУ-6А 176

Номинальная мощность 250 400 630 400 400 630 630 10000

Номинальный ток, А 361 578 910 578 578 910 910 10000

Основные размеры, мм Длина Ширина Высота 3800 1440 2465 3800 1440 2465 4070 1520 2465 8200 2740 2850 9000 2740 2870 8200 2740 2850 9000 2740 2870 10000 4488 3180

Масса, кг 3700 4200 5300 7600 8380 8660 9380 16000

Таблица 9.5 Энергетические показатели основного и вспомогательного горно-шахтного и строительного оборудования, машин и агрегатов Наименование оборудования Породопогрузочные машины: 2 ПНБ-2Б 2 ПНБ-2 1 ПНБ-2 Подъемные машины: МПП-17,5 ПММ-2,5×2 Лебедки проходческие: ЛППЭ-6,3 ЛПЭП-10 ЛВД-24 ЛС-55 Конвейеры ленточные: 1Л 100 1Л 80 2Л 80 Вентиляторные шахтные установки: ВЦП-16 ВМ-6 Насосы: 1/В-20/10 ЦНС 60/264 ЦНС 105/490 Краны башенные: КБ-308 КБ-401; 402 КБ-403; 405 Компрессор: 6ВВ-25/9 Передвижная компрессорная станция ПКС-150

Паспортная Расчетная актив- Расчетная реактивмощность Рном, ная мощность Р, ная мощность Q, кВт кВт кВт 74,5 67 33,5

44,7 40,2 20,1

45,6 41,0 20,5

1260 630

882 441

900 450

6,0 12,5 13,0 55,0

1,8 3,8 3,9 16,5

1,84 3,9 4,0 16,8

100 40 110

65 26 71

66,3 26,5 73

75,0 24

45,0 19,2

46,0 19,6

11 75 90

8,2 56 67,5

72 49,5 59,4

52,6 62,6 95,0

15,8 18,8 28,5

19,1 29,1

200

140

143

600

420

428

9.4. Компенсация реактивной мощности Наиболее экономичные режимы эксплуатации потребителей электроустановок с cos ϕ = 0,93 установлены для электроустановок с напряжением свыше 1000 В и с cos ϕ = 0,95 для электроустановок с напряжением ниже 1000 В. Расчет мощности компенсирующего устройства производят по формулам: для cos ϕ = 0,93 – Qк⋅у = 0,85Qε – 0,337Рε , для cos ϕ = 0,95 – Qк⋅у = 0,85Qε – 0,279Рε; где Рε, Qε – суммарные активные и реактивные нагрузки электроустановок производственного объекта, определяемые по формулам (9.3, 9.4). Тип кон177

денсаторных установок принимают в соответствии с расчетными характеристиками, приведенными в табл. 9.6. Таблица 9.6

УК-0,38-450 нл

УК-0,38-600 нл

УК-0,38-750

УКм-нл, 6-40/400

УК-нл, 6-40/600

Номинальная реактивная мощность, кВар Номинальное напряжение, кВ Диапазон выдержки времени, с Число управляемых ступеней

УК-0,38-300 нл

Тип конденсаторных установок

УК-0,38-150 ц

Технические характеристики конденсаторных установок

150

300

450

600

750

400

600

0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 60-120 60-180 60-180 60-180 60-180 1 2 3 4 5

6,3 – –

6,3 – –

9.5. Расчет воздушных и кабельных сетей на потерю напряжения Доля потерь напряжения в проводах и кабельных внешних распределительных сетях свыше 1000 В должна быть не более 10% от номинального в рабочем режиме, а для внутренних сетей до 1000 В не более 5% и определяться выражением ∆U ε =

3 ⋅ I p ⋅ l(V cos ϕ + x sin ϕ ) 0,01 ⋅ U ном

,

где Iр – расчетный нагрузочный ток линии, А; l – длина линии, км; V – активное сопротивление на 1 км линии, Ом/км; x – индуктивное сопротивление на 1 км линии, Ом/км; ϕ – угол сдвига вектора тока и напряжения; Uном – номинальное напряжение линии, В. Расчетный нагрузочный ток трехфазных токоприемников Ip =

100 ⋅ S ε 3 ⋅ U ном

,

(9.5)

S ε = Pε2 + Qε2 ,

(9.6)

где Рε, Qε – определяют из выражений (9.3) и(9.4). Для частных строек: при Uном = 600 В и cos ϕ = 0,93

Iр = 0,1⋅Sε ,

при Uном = 400 В

Iр = 1,44⋅Sε

178

Для практических расчетов потерю напряжения в проводах и кабелях можно определить из выражения (9.7), принимая значение полного сопротивления воздушных и кабельных линий Zε по табл. 9.7. Sε ⋅ l ⋅ Zϕ ∆U ε = , (9.7) 2 10 ⋅ U ном где Sε – суммарная полная нагрузка линии, кВА, определенная по формуле (9.6); l – длина линии, км; Zϕ – полное сопротивление 1 км линии, Ом/км; Uном – номинальное напряжение, кВ. При Uном = 6000 В

∆Uε = 27⋅ Sε⋅ l⋅ Zϕ⋅ 10-3.

(9.8)

При Uном= 400 В,

∆Uε = 6,25⋅ Sε ⋅l⋅ Zϕ ⋅10-3.

(9.9) Таблица 9.7

Значения полного сопротивления Сечение, 3-фазные воздуш- 3-фазные воздушные 3-фазные кабельные 3-фазные кабельные линии с алюми- линии со сталеалю- линии с алюминие- ные линии с медмм2 ниевым проводом миниевым проводом выми проводами ными жилами 16 2,04 2,07 1,983 1,26 25 1,33 1,34 1,284 0,746 35 0,993 0,99 0,926 0,545 50 0,78 0,77 0,645 0,397 70 0,55 0,53 0,466 0,289 95 0,439 0,438 0,34 0,29 120 0,377 0,374 0,28 0,164 150 0,319 0,316 0,22 0,132 240 0,294 0,292 0,148 0,097

Суммарные потери напряжения в системе "понизительная подстанцияпотребитель" для низкой стороны определяют из выражения

∆UEε = ∆Uε+ ∆UEтр, где ∆Uε – потери в кабельных и воздушных сетях, рассчитанные по формулам (9.7) и (9.8); ∆UEтр – потери напряжения в силовых трансформаторах, определяемые из выражения

∆UEтр= Кз ⋅ ∆Uтр, где Кз – коэффициент запаса напряжения, Кз =

I ф.тр I ном

=

S ф.тр S ном

.

Здесь Iф.тр и Sф.т⋅р – фактические полный ток и полная мощность, потребляемые трансформаторами; Jном, Sном – номинальные паспортный ток и мощность трансформатора; ∆Uтр – потери напряжения в трансформаторе, %. 179

Потери напряжения в трансформаторах и подстанциях при различных значениях cos ϕ и Кq = 1 приведены в табл. 9.8.

Таблица 9.8

Потери напряжений в трансформаторах и подстанциях Тип трансНомиНапряжение форматора нальная на вторичили подмощность, ной обмотке станции кВА ТСВП-100/6 100 0,4; 0,69 ТСВП-160/6 160 0,4; 0,69 ТСВП-250/6 250 0,4; 0,69 ТСВП-400/6 400 0,4; 0,69 ТСВП-630/6 630 0,69; 1,2 ТМ-250/6 250 0,4 – ТМ-400/6 400 0,4 – ТМ-630/6 630 0,4 –

Потери напряжения при cos ϕ, % 0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,93

0,95

3,2 3,16 3,08 3,03 2,95 4,14 4,05 4,73

3,1 2,99 2,96 2,91 2,82 4,01 3,91 4,53

2,97 2,84 2,81 2,75 2,65 3,85 3,73 4,28

2,78 2,73 2,6 2,53 2,42 3,61 3,48 3,93

2,62 2,56 2,4 2,38 2,28 3,39 3,27 3,69

2,54 2,48 2,32 2,3 2,2 3,28 3,16 3,57

2,47 2,42 2,27 2,25 2,15 3,21 3,09 3,49

9.6. Выбор кабелей и проводов распределительной сети внешнего и внутреннего электроснабжения производственных объектов Выбор сечения проводов производится по формуле Sэ =

Ip Iэ

,

(9.10)

где Iр – рабочий ток электроустановки в нормальном режиме, определяемый по формуле (9.5); Iэ – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2, (табл. 9.9). Таблица 9.9 Экономическая плотность тока Провода и кабели Алюминиевые и сталеалюминиевые провода Кабели с бумажной изоляцией и провода с резиновой и ПХБ изоляцией и с жилами: медными алюминиевыми Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами: медными алюминиевыми

Значение экономической плотности, А/мм2, при использовании максимума нагрузки, ч/год 1000-3000 3000-5000 >5000 1,3 1,1 1,0 3 1,6

2,5 1,4

2,0 1,2

3,5 1,9

3,1 1,7

2,7 1,6

Полученное по формуле (9.10) значение сечения округляют до ближайшего стандартного значения. Проверку воздушных и кабельных двигателей на потерю напряжения в нормальном режиме производят в соответствии с приведенными формулами 180

(9.7–9.9), а при режиме пуска асинхронных электродвигателей свыше 55 кВт по соотношению

∆Uп ≥

(

3 ⋅ l ⋅ Z ϕ I pε + 7 I н 0,01 ⋅ U ном

)

,

(9.11)

где ∆Uп – допустимое падение напряжения в распределительных сетях. При пуске наиболее мощного в узле электродвигателя ∆Uп не должна превышать 20 %; Zϕ – полное сопротивление сети, Ом; Iрε – суммарный рабочий ток всех токоприемников узла без учета наиболее мощного электродвигателя, А; Iн – номинальный паспортный ток наиболее мощного в узле электродвигателя, А. После преобразования формулы (9.11) для Zϕ будем иметь

Zϕ ≤

0,2U ном

(

3 ⋅ l I pε + 7 I н

)

Полученное значение сопротивления округляют до табличного (табл. 9.6) и определяют сечение воздушной или кабельной линии. В табл. 9.11 и 9.12 приведены значения длительно допустимых токовых нагрузок при температуре + 25 °С. При отклонении температуры вводятся поправочные коэффициенты (табл. 9.10). Таблица 9.10 Поправочные коэффициенты на температуру воздуха для длительно допустимых токовых нагрузок воздушных и кабельных линий Расчетная НормированПоправочные коэффициенты на температуру воздуха, °С темпера- ная температутура воз- ра проводов и 5 0 + 5 + 10 + 15 + 20 + 25 + 30 + 35 + 40 духа t, °С кабелей t, °С + 70 1,29 1,24 1,2 1,15 1,11 1,05 1,0 0,94 0,88 0,81 + 25

Таблица 9.11 Длительно допустимые токовые нагрузки воздушных линий при температуре воздуха + 25 °С Алюминиевые провода Марка Токовая нагрузка А–16 105 А–25 135 А–35 170 А–50 215 А–70 265 А–95 320 А–120 375 А–240 590

Сталеалюминиевые провода Марка Токовая нагрузка АС–16 100 АС–25 130 АС–35 165 АС–50 210 АС–70 265 АС–95 330 АС–120 380 АС–240 610 181

Таблица 9.12 Длительно допустимые токовые нагрузки кабельных линий при температуре воздуха + 25 °С С алюминиевыми жилами Токовые нагрузки, А 2 Сечение,мм Условия прокладки в земле в воздухе 10 60 45 16 80 50 25 105 70 35 125 85 50 155 110 70 190 135 95 225 165 120 260 190 185 340 250 240 390 290

С медными жилами Токовые нагрузки, А 2 Сечение, мм Условия прокладки в земле в воздухе 10 80 55 16 105 65 25 135 90 35 160 110 50 200 145 70 245 175 95 295 215 120 340 250 185 440 325 240 510 375

Для кабелей, проложенных параллельно в земляных траншеях и на кабельных эстакадах, при длительно допустимых токовых нагрузках вводится поправочный коэффициент, указанный в табл. 9.13. Таблица 9.13 Поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле и на эстакадах Число кабелей Расстояние в свету, мм 100 200 300

1

2

3

4

5

6

1,0 1,0 1,0

0,9 0,92 0,93

0,85 0,87 0,9

0,8 0,84 0,87

0,78 0,82 0,86

0,75 0,81 0,85

Таким образом, по приведенным выше формулам и таблицам определяют все необходимые параметры временного и постоянного электроснабжения при строительстве угольных предприятий и других строек. Линии электропередач и трансформаторные подстанции в разные периоды строительства имеют свое назначение и пропускные мощности. В начале освоения строительной площадки строят временную линию электропередач от ближайшей ЛЭП, у которой по техническим условиям такой отвод возможен. На промплощадке ставят временную трансформаторную подстанцию. В практике шахтного строительства эти подстанции, как правило, выполнены в блочно-контейнерном варианте (см. разд. 4.7), что позволяет установить, наладить и подать электроэнергию в кратчайшие сроки. Параллельно с наладкой временного электроснабжением следует форсировать устройство постоянного электроснабжениепоскольку проходку стволов (после проходки устья) невозможно осуществлять от маломощных временных подстанций.

182

9.7. Прокладка кабелей Открытую прокладку кабелей выполняют на тросах, подвешенных на опорах, воздушных кабелепроводах (кабельных дорогах), а также на стенах зданий и сооружений. Защищать кабель от воздействия солнечных лучей не требуется. Трассу кабельных линий выбирают с учетом минимального расхода кабелей и безопасной эксплуатации кабельной сети. Высота подвески кабелей должна быть не менее 4,5 м. Расстояние по горизонтали от основания опор для подвески кабелей до бордюрного камня проезда – не менее 1,5 м. Расстояние между опорами зависит от числа кабелей и составляет 10-15 м и 5-7 м при подвеске кабелей на тросе и кабельных дорогах соответственно. Для подвески троса и устройства кабельной дороги применяют железобетонные или деревянные стойки высотой 6,5-11 м. Трос выбирают в зависимости от несущей нагрузки. Все металлические части на кабельных дорогах и на тросах, включая и несущий трос, должны быть заземлены. Несущий трос необходимо заземлить в двух точках (с противоположных концов) путем разъемного соединения его гибкими перемычками с заземляющими проводниками. Анкерные и промежуточные опоры, а также подвесные кабельные конструкции заземляют через трос путем плотного и надежного контакта между ними. Места крепления троса должны быть зачищены до металлического блеска и смазаны техническим вазелином. 9.8. Телефонная связь На строительной площадке сооружаемого ствола с момента начала работ должна предусматриваться временная телефонная связь, обеспечивающая взаимодействие между людьми, работающими на строительстве объектов, и конторой строительного управления. Административно-хозяйственная и диспетчерская телефонная связь в пределах строительного управления должна осуществляться через ручную телефонную станцию или АТС малой емкости. Для устройства временной площадочной связи необходимо применять телефонные кабели, прокладку которых осуществляют над землей на тросах и стальной проволоке. После окончания монтажа постоянной телефонной станции на нее переключается временная связь. Связь шахтопроходческого управления с вышестоящими организациями акционерных обществ, ВГСЧ, службами инспекций должна осуществляться через узлы производственнотехнологической связи и связи общего пользования по постоянным кабельным линиям, предназначенным для эксплуатационных целей. Сооружение их должно быть выполнено в подготовительный период строительства шахты. Для обеспечения прямой связью обслуживающего персонала отдельных технологических процессов, объектов или комплексов предназначены устройства местной технологической связи. При проходке стволов местную связь организуют для соединения дневной поверхности с 183

полком и забоем, а также на каждой подъемной установке. В качестве устройств местной связи применяют телефонные аппараты ТАШ-МБ, комбайновые телефонные и переговорные аппараты ТАК-4М и АП-К, аппаратуру стволовой связи "Вызов" и аппаратуру стволовой сигнализации и связи. 9.9. Пример схемы электроснабжения при строительстве шахты Основные принципы схемы электроснабжения строящейся шахты рассмотрим на примере ш. "Обуховская №1" ОАО "Донуголь". Электроснабжение шахты осуществляется от трех независимых источников по трем воздушным линиям электропередачи с кабельными вставками напряжением 6000 В. Главный ствол шахты получает электроэнергию от понизительной подстанции ПС-110/6,6 «Щебзавод» по двухцепной воздушной линии напряжением 6 кВ, сечением 2×95 мм (участок длиной 6,2 км), сечением 2×120 мм (участок длиной 1,5 км). На строительной площадке шахты двухцепная ВЛ-6 кВ переходит в кабельную линию длиной 0,25 км, сечением 185 мм, которая приходит на вводную ячейку открытого распределительного устройства напряжением 6 кВ (ОРУ-6). ОРУ-6 кВ представляет собой определенный набор высоковольтных ячеек наружной установки и служит для приема, распределения и учета электроэнергии, а также для защиты ВЛ, КЛ и высоковольтного электрооборудования от коротких замыканий и перегрузок. От линейных ячеек ОРУ-6 главного ствола кабельными линиями напряжением 6 кВ запитаны понизительные подстанции (КТПН, ПТП, БЭС) потребителей электроэнергии. Максимальная нагрузка потребителей электрической энергии главного ствола составляет 2600 кВт. Для резервного электроснабжения между ОРУ-6 главного ствола и ОРУ6 кВ вспомогательного ствола проложена кабельная перемычка ААШВу-6 – 3х120 длиной 440 м. Для воздушных и кабельных линий предусмотриваются следующие виды защит: – максимальная токовая защита с выдержкой времени с токовой отсечкой, действующая на отключение от междуфазных коротких замыканий; – максимальная токовая защита от перегрузок, действующая на отключение и сигнал. Релейная защита обладает селективностью и быстродействием. Электроснабжение вспомогательного ствола шахты осуществляется по воздушной линии напряжением 6 кВ, протяженностью 3,0 км, сечением (70 + 95 мм ) = 165 мм, с двумя кабельными вставками длиной 420 и 550 м от центрального распредпункта напряжением 6 кВ (ЦРП-6) Зверевского завода железобетонных изделий. От ОРУ-6 через линейные высоковольтные ячейки получают питание все понизительные подстанции вспомогательного ствола. Кроме того, от ВЛ-6 кВ вспомогательного ствола получают питание отпайками подстанция канализационной насосной, подстанции БРУ-3 и БРУ-4, подстанция породного отвала и подстанция тампонажников. Максимальная нагрузка на ВЛ-6 кВ вспомогательного ствола, с учетом субабонентов, равна 3000—3100 кВт. 184

185

Для защиты потребителей от перегрузок и токов короткого замыкания предусмотрены и действуют релейные защиты МТЗ (от перегруза) и МТО (от короткого замыкания). Для резервного питания между ОРУ-6 вспомогательного ствола и ОРУ-6 главного ствола проложена кабельная перемычка из кабеля ААШВу-6 – 3х120 длиной 440 м. Электроснабжение вентиляционного ствола шахты "Обуховская №1" осуществляется от ПС-110/6 "Карьер" (Красносулинского карьероуправления) по двухцепной ВЛ-б кВ, сечением проводов 2х95 мм, длиной 2,3 км, кабельной вставке 2 х95 мм длиной 0,3 км, одноцепной ВЛ-6 кВ длиной 11 км, сечением провода 95 мм, кабельной вставке 2х95 мм длиной 0,12 км, которая заведена на вводную ячейку ОРУ-6 кВ вентиляционного ствола. От линейных ячеек ОРУ-6 кабельными линиями запитаны понизительные подстанции вентиляционного ствола. Максимальная нагрузка на ВЛ-6 кВ равна 2500 кВт. Релейная защита выполнена от перегруза (МТЗ) и токов короткого замыкания (МТО). В целом схемы электроснабжения стволов шахты "Обуховская №1" далеки от совершенства, так как имеют значительную протяженность, что ведет к значительным потерям электрической мощности в электросетях и ограничению передаваемой мощности. Кроме того, переходы кабельных линий в воздушные и наоборот резко снижают надежность электроснабжения. Для уменьшения потерь электрической мощности в электросетях на ОРУ-6 вспомогательного и вентиляционного стволов установлены компенсирующие устройства из статических конденсаторов емкостью 900 кВар (тип конденсаторной батареи УКЛ-57-6,3-900УЗ). Схема электроснабжения шахты представлена на рис. 9.1. Контрольные вопросы 1. Основные требования к электроснабжению строящейся шахты. 2. Состав проекта электроснабжения. 3. Правила выбора схемы электроснабжения и оптимального напряжения электропотребителей. 4. Типы, характеристики и назначение трансформаторных подстанций и распределительных устройств. 5. Правила расчета воздушных и кабельных сетей на потерю напряжения. 6. Выбор кабелей и проводов распределительной сети электроснабжения. 7. Требования к прокладке кабельных линий. 8. Оборудование телефонной связи.

186

10. РАСЧЕТ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ОСНАЩЕНИЯ ПРОХОДКИ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА 10.1. Общие сведения Источником теплоснабжения на период проходки стволов и строительства горизонта всей шахты может быть временная котельная. В настоящее время в подавляющем большинстве случаев при проходке стволов применяются блочно-передвижные временные котельные полной заводской готовности. Однако при строительстве горного предприятия необходимо обогревать не только горные выработки, но и обеспечивать теплом и горячей водой вводимые постоянные проектные здания и сооружения, которые при максимальном развитии работ необходимы для функционирования строительного комплекса: надшахтные здания, аккумуляторные, постоянные компрессорные, часть постоянного АБК, столовую и т.д. Для определения необходимого количества тепла очень важно еще в период оснащения проходки стволов точно определить необходимое и достаточное количество тепла на каждый период строительства. При возрастании потребления тепла и определении расчетом необходимости включения очередной мощности к блоку передвижных котельных добавляют очередной блок. Пускать в эксплуатацию постоянную котельную рекомендуется в отопительный сезон пускового года шахты, так как ее содержание дорогостояще и нецелесообразно без ведения очистных работ. Для методики расчетов используются общеизвестные сборники инструкций по нормированию топливно-энергетических ресурсов в угольной и золотодобывающей промышленности. 10.2. Расчет тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий и сооружений Для расчета необходимы следующие исходные данные: – нормируемая внутренняя температура здания t,°С (принимается по табл. 10.3 для каждого здания); – средняя температура воздуха за отопительный период tср,°С (принимается по табл. 10.1 в зависимости от местоположения предприятия); – расчетная температура воздуха для отопления tр, °С (принимается по табл. 10.1 в зависимости от местоположения предприятия); – удельная тепловая отопительная характеристика здания qот, кДж/(м3⋅ч⋅°С) (принимается по табл. 10.3 для каждого здания); – ΣL – суммарная производительность вентиляционных установок в здании, м3/ч, или удельная тепловая характеристика здания для вентиляции, или 187

удельная тепловая характеристика здания для вентиляции qв, кДж/(м3⋅ч⋅°С), (табл. 10.2); – кубатура (объем) здания по наружному обмеру Vзд, м3; – длительность отопительного периода в год mов, дней (принимается по табл. 10.1 в зависимости от местоположения предприятия); – число часов работы цеха в сутки τ, ч ; – объем производства предприятия С, тыс. т/год (млн. руб./год); – расчетная скорость ветра W, м/с, (см. табл. 10.1). Максимальный часовой расход тепловой энергии на отопление зданий (кДж/ч) определяется по укрупненным показателям (по удельной отопительной характеристике):

(

час Qот = К ⋅ q от ⋅ Vзд ⋅ t вн − t р

)

где К – коэффициент, учитывающий влияние скорости ветра. К принимается: при расчетной скорости ветра до 5 м/с – 1; от 5 до 8 м/с – 1,1; свыше 8 м/с – 1,2. Годовой расход тепла на отопление зданий, ГДж/год,

(

)

год час m от t вн − t cр Qот = 24Qот t вн − t р ⋅10 6

(

)

.

Норма расхода тепловой энергии на отопление, ГДж/тыс. т. (ГДж/млн. год), год Qот Qот = . C Максимальный часовой расход тепловой энергии на вентиляцию зданий может определяться: – по производительности вентиляционных установок (при наличии паспортных или проектных данных по вентиляционным установкам), кДж/ч,

Qвент = 0,315⋅ΣL (tзн – tр); – по укрупненным показателям (по удельной вентиляционной характеристике), кДж/ч,

Qвент = qв⋅Vзд (tвн – tр). Годовой расход тепловой энергии на вентиляцию зданий, ГДж/год, Qвент =

(

час Qвент ⋅ τ ⋅ mов t вн − t ср

(t вн − t р ) ⋅ 10 6

)

.

Норма расхода тепловой энергии на вентиляцию, ГДж/тыс.т. (ГДж/млн. руб.), год Qвент Qвент = . С 188

Таблица 10.1 Климатические данные

Расчетная температура воздуха tш, °С

Расчетная скорость ветра W, м/с

г. Шахты

Средняя температура отопительного периода tр, °С

Пункт

Длительность отопительного периода mов, дней

Отопление и вентиляция

178

- 1,7

- 25

4,7

Шахтные калориферные установки ПродолжительСредняя темпера- Средняя ность работы катура наружного годовая лориферной mкал, воздуха tнк, °С темперадней тура Температура воздуха подаваемого в t год , °С ср ствол tш, °С +4

+ 10

+4

+ 10

148

193

- 5,9

0,5

8,2

Продолжительность отопительного сезона – с 15 октября по 10 апреля следующего года включительно. Таблица 10.2 Нормируемые температуры внутри здания и их удельные тепловые характеристики

Здания

1

Температура внутри здания tвн, °С 2

Надшахтные здания главного ствола

16

Надшахтные здания вспомогательного ствола

16

Здания подъемных машин

16

Главный корпус обогатительных фабрик Дробительные отделения

16-18 16

Дозировочно-аккумулирующие бункера 14-16 Погрузочные бункера

16

Углеприемные ямы

16

Сушильные отделения

5

Удельные тепловые характеристики зданий, Плотность Объем здакДж/(м3⋅ч⋅°С) ния Vзд, Для воздуха3 γ, 3 Для ототыс.м кг/м вентипления ляции

qот

3 До 10 10-20 Свыше 20 До 10 10-20 Свыше 20 До 5 Свыше 5 До 25 25-100 Свыше 100 До 10 Свыше 10 До 25 Свыше 25 До 25 Свыше 25 До 5 5-10 Свыше 10 До 5 5-10 Свыше 10

4 2,73 2,39 2,10 2,52 2,10 1,68 2,52 1,47 1,26 1,13 0,92 2,10 1,47 1,68 1,26 1,68 1,26 4,20 2,10 0,84 0,42 0,42 0,34

qв

5 – – – – – – – – 0,42 2,52 1,47 – – – – – – – – – – – –

6 1,248 1,248 1,222 1,2131,2221,222 1,230 1,230 1,230 1,270 189

1

2

Сушильные отделения обогатительных фабрик

5

Транспортные галереи

8-14

Компрессорные

10

Кузнечные цеха

5

Котельные

5-12

Ремонтные цеха

16

Гаражи

10

Пожарное депо

15

Лаборатории

16

Вентиляторные

10

Насосные

15

Склады

10

Проходные

16

Помещения военизированной охраны

18

Административно - бытовые корпуса

18-25

Бани

25

Прачечные, магазины

15

190

3 До 25 25-100 Свыше 100 До 0,5 0,5-1 1-5 5-10 Свыше 10 До 10 Свыше 10 До 5 Свыше 5 До 5 5-10 До 2 2-3 3-5 Свыше 5 До 2 2-5 Свыше 5 До 5 5-10 Свыше 10 До 5 Свыше 5 До 0,5 0,5-1 1-2 2-3 До 2 2-5 Свыше 5 До 0,5 0,5-1 1-2 Свыше 2 0,5-10 1-2 2-5 5-10 Свыше 10 До 5 5-10 Свыше 10 До 5 5-10 Свыше 10

Продолжение табл. 10.2 4 5 6 1,00 2,52 0,92 1,68 1,270 0,84 0,84 1,2308,40 – 1,2568,40 – 2,94 – 2,10 – 1,248 1,68 – 0,84 – 1,26 – 1,270 1,47 – 2,94 1,248 1,68 2,52 2,52 1,222 2,10 1,68 2,94 2,52 0,6 1,248 0,65 2,39 2,10 2,02 1,93 1,226 1,89 1,55 1,47 1,222 1,39 2,52 1,222 1,89 4,41 4,20 2,52 1,226 2,10 3,15 2,73 1,248 2,10 5,46 5,04 1,222 2,94 2,31 1,68 1,213 1,89-2,52 1,68-1,89 1,39-1,68 1,185-1,213 1,26-1,39 1,05 1,18 1,05 1,185 0,97 1,60 1,39 1,226 1,30

10.3. Расчет тепловой энергии на хозяйственно-бытовые и санитарно-гигиенические нужды Тепловая энергия, идущая на хозяйственно-бытовые и санитарногигиенические нужды (х.с.н.), расходуется в душевых, прачечных, столовых и др. Для расчета нормы расхода тепловой энергии на х.с.н. необходимы следующие исходные данные: – списочное число трудящихся на предприятии N, чел.; – количество стирок комплектов белья и спецодежды в год nс (nс принимается: для предприятий с технологией бытового обслуживания трудящихся и оборудованием прачечных, рассчитанных на ежедневную стирку рабочей одежды – 300, для предприятий с периодической стиркой рабочей одежды – 50); – объем производства предприятия С, тыс. т/год (млн. руб./год). Годовой расход тепловой энергии на души и умывальники, ГДж/год, Q годд = 2,5 N . Годовой расход тепловой энергии на прачечную, ГДж/год, Q год пр = 0,029nc N . Годовой расход на столовую, ГДж/год, Q год ст = 0,21N . Суммарный годовой расход тепловой энергии на х.с.н., ГДж/год, год год Qх.с.н. = Qдгод + Qпр + Qстгод .

Норма расхода тепловой энергии на х.с.н., ГДж/тыс.т. (ГДж/млн. руб.), Qвент

год Qвент = . С

10.4. Расчет тепловой энергии на потери в тепловых сетях Для расчета нормы расхода тепловой энергии на потери в сетях необходимы следующие исходные данные: – вид прокладки тепловых сетей; – вид теплоносителя; – годовой расход тепловой энергии Qгод, ГДж/год; – объем производства предприятия С, тыс.т/год (млн. руб./год); Потери тепловой энергии в сетях qсет определяется в % от годового расхода тепловой энергии по табл. 10.3. 191

Таблица 10.3 Потери тепловой энергии в сетях Годовой расход тепловой энергии ГДж/год вода 5,0 3,5 2,5 2,0 1,5

До 21000 21000 – 42000 42000 – 84000 84000 – 168000 Свыше 168000

Потери тепловой энергии, % Вид прокладки подземная воздушная теплоноситель пар вода 7,0 7,0 5,5 5,5 4,0 4,0 3,0 3,0 2,5 2,5

пар 12,0 8,0 6,0 4,0 3,0

При наличии на промплощадке сетей с различным видом прокладок знатепл ,%, для каждого теплоносителя выполняется по чение потерь в сетях qсет формуле: тепл q сет = q сет n1 + q сет n 2 , 1

2

где qсет1, qсет2– значение потерь тепловой энергии в сетях,%, определяются в зависимости от вида прокладки по табл. 10.3; n1, n2 – отношение длины сети с данным видом прокладки к общей протяженности тепловой сети с данным видом теплоносителя. Общее значение потерь в сетях qсет , %, с различными теплоносителями определяются по формуле тепл1 тепл2 тепл q сет = q сет n3 + q сет n4 ,

где n3 , n4 – отношение длины сети с данным видом теплоносителя к общей протяженности сети. Годовой расход тепловой энергии на потери в сетях, ГДж/год, год Qсет =

Q год q сет

.

100 Норма расхода тепловой энергии на потери в сетях, ГДж/тыс.т., (ГДж/млн.руб.), Qсет

год Qсет = . С

10.5. Расчет тепловой энергии на нагрев воздуха, подаваемый в ствол (на шахтную калориферную установку) Для расчета необходимы следующие исходные данные: – температура воздуха, подаваемого в ствол, tш , °С; tш принимается: + 10 °С – для шахт глубиной до 500 м и гидрошахт; + 4 °С – для шахт глубиной более 500 м; – средняя температура наружного воздуха за период работы калориферной tнк , °С (табл. 10.1); – расход воздуха, подаваемого в шахту, Vш , м3/с; 192

– продолжительность работы калориферной mкал , дней (табл. 10.1); – объем производства шахты С, тыс. т. добычи. Средний часовой расход тепловой энергии шахтной калориферной установки, кДж/ч, Qвчас = 4870 ⋅ Vш ⋅ (t ш − t нк ) Годовой расход тепловой энергии шахтной калориферной, ГДж/год, Qвгод = 24 ⋅ mкал ⋅ Qвчас ⋅ 10 −6 Норма расхода тепловой энергии шахтной калориферной, ГДж/тыс.т, (ГДж/млн. руб.). Qвгод Qв = . С 10.6. Определение расхода тепловой энергии на вентиляцию зданий Часовой расход тепла на нагрев воздуха, кДж, определяется по формуле Qвч = L ⋅ γ ⋅ (t к − t н ) , где L – количество воздуха, нагреваемого за 1 час, м3 ; γ – плотность воздуха при заданной температуре помещения, кг/м3 (табл. 10.2); tк – конечная температура нагретого воздуха, °С; tн – начальная температура воздуха, °С. Годовой расход тепла на вентиляцию зданий ГДж/год: Qвгод = 24 ⋅ m ⋅ Qвч ⋅ 10 −6 , где m – продолжительность отопительного периода, сут. По суммарному расходу тепловой энергии подбирают мощность постоянной котельной. В шахтном строительстве распространен опыт, когда до пуска постоянной котельной, обогрев воздуха, подаваемого в шахту, и обеспечение теплом временных зданий и сооружений производят за счет теплоносителя, поступаемого от набора нескольких блоков передвижных котельных. Их мощность определяют расчетом по суммарному максимальному значению расходов тепла всех потребителей. Контрольные вопросы 1. Основные потребители тепловой энергии при строительстве шахт. 2. Принципы теплоснабжения на период строительства и эксплуатации шахты. 3. Исходные данные и порядок расчета расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий и сооружений. 4. Порядок расчета расхода тепловой энергии на хозяйственно-бытовые и санитарногигиенические нужды 5. Учет потерь энергии в тепловых сетях при расчете суммарного расхода тепла. 6. Расчет расхода тепловой энергии на нагрев воздуха, подаваемого в шахту.

193

11. ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ШАХТЫ 11.1. Общие сведения Требования к оснащению поверхности для проходки вертикальных стволов как к одному из основных факторов, оказывающих существенное влияние на технико-экономические показатели строительства стволов, остаются всегда высокими и в большой мере определяют сроки строительства шахты в целом. Это объясняется тем, что оснащение поверхности в определенной степени остается базой на весь срок строительства предприятия. Технические решения по оснащению поверхности для проходки стволов должны обеспечить: – максимальные скорости строительства ствола; – наименьшую стоимость и минимальную продолжительность работ по оснащению вертикальных стволов к проходке, которая не должна превышать 6 месяцев; – минимальные продолжительность и стоимость переоснащения вертикальных стволов на второй период строительства (к проходке горизонтальных и наклонных выработок на будущем рабочем горизонте); – высокую производительность подъемных установок по выдаче горной массы при проходке стволов и всех горных выработок; – возможность строительства постоянных зданий и сооружений в подготовительный период и их максимальное использование как при проходке стволов, так и всех остальных горных выработок; – максимальное использование установочного, многоразового блочнокомплектного оборудования. Многолетняя практика шахтного строительства доказала, что использование постоянных зданий и сооружений при проходке стволов дает значительный экономический эффект, в этом случае следует пользоваться принципом необходимой достаточности и расчетами. Так, например: – нет необходимости в короткие сроки строить и пускать в эксплуатацию постоянный административно-бытовой комбинат. Его пуск в полном объеме принесет убытки, поскольку на первых этапах строительства в нем еще некого размещать, но требуются затраты на его содержание (охрану, отопление, освещение и т.д.) – нет необходимости запускать постоянную котельную на 170-250 ГДж/год, когда по расчетам тепла необходимо на порядок меньше и т.д. В каждом отдельном случае необходим расчет и экономическая целесообразность в увязке со сроками строительства, которые не должны превышать расчетных по проекту организации строительства.

194

11.2. Административно-бытовые комбинаты На основании сложившейся практики в шахтостроительных организациях страны – "Кузбассшахтострое", "Печершахтострое", "Ростовшахтострое" – численность производственного персонала на проходке одного вертикального ствола составляет до 100 человек. Если на одной промплощадке располагается два ствола, то численность трудящихся составляет в среднем 170 человек, а если три ствола, как при строительстве шахты "Обуховская №1" ОАО "Донской уголь", то численность возрастает, но удельный вес обслуживающего персонала будет более чем в два раза меньше. Для обеспечения необходимых производственно-бытовых условий требуется бытовой комплекс для размещения нарядных, раздевалок, душевых, зарядных станцийламповых и т.д. Но это совершенно не означает, что необходим срочный пуск постоянного АБК всей шахты. При проектировании и строительстве административно-бытовых комбинатов для рабочих и ИТР, занятых на горных работах по проходке стволов, следует учитывать особые условия. Это, прежде всего, наличие воды, пыли, газа в выработках, особые требования к освещенности и т.д. Поэтому в административно-бытовом комбинате должны быть душевые, сушилка, прачечная, ламповая, респираторная, буфет, медицинский пункт и другие общеизвестные помещения, необходимые для обеспечения нормальной работы горного участка или шахтостроительного (шахтопроходческого) управления. Количество и площадь отдельных помещений, нормы расхода воды регламентируются СНиП или санитарно-гигиеническими нормами, что соответственно учитывается проектировщиками, строителями, а при сдаче АБК в эксплуатацию тщательно проверяется рабочей комиссией. В каждом бассейне региональными институтами разработаны и апробированы в эксплуатации АБК, которые затем тиражируются для всех оснащений стволов к проходке. В Восточном Донбассе институтами "Донгипрооргшахтострой", "Ростовгипрошахт" и "Шахтопроект" разработаны и в настоящее время применяются временные АБК каркасного типа с ограждающими керамзитобетонными панелями (рис. 11.1). Эти административно-бытовые комбинаты имеют один главный недостаток – одноразовое использование. После окончания строительства шахты, в период эксплуатации, такое здания в лучшем случае приспосабливается для вспомогательных целей, но чаще всего идет на слом, что весьма неэкономично. Учитывая этот главный недостаток, разработан АБК в сборном варианте. Такой административно-бытовой комбинат может быть использован при оснащении к проходке нескольких стволов, он легко разбирается, перевозится и монтируется. Схема бытового проходческого комбината КБП-125Д сборно-разборного типа, состоящего из 28 унифицированных блок-контейнеров каркасно-панельной конструкции и плоских доборных элементов для устройства коридора, приведена на рис. 11.2. 195

196

197

Но независимо от строительных материалов, способов сборки и разборки административно-бытовые комбинаты должны иметь регламентированные нормами помещения. Временный АБК на промплощадке необходимо располагать на свободной площади от постоянных зданий и по возможности ближе к стволу. 11.3. Здание для обслуживания бурильных установок Здание, предназначенное для ремонта и хранения бурильной установки, должно быть прямоугольным в плане с шириной пролета – 6 м, длиной 12-18 м и оборудоваться монорельсом с тельфером. В торце здания предусматривают ворота с пропуском монорельса. Здание монтируют из сборно-разборных элементов в виде металлической рамы-каркаса и ограждающих конструкций из металлических щитов с применением профилированного листа. Металлические щиты представляют собой утепленную конструкцию, образуемую с внешней стороны профлистом, а с внутренней – жесткими или полужесткими минплитами соответствующей толщины, рассчитанной по фактору теплопередачи. С целью сокращения материальных и трудовых затрат на монтаж и демонтаж здания все элементы целесообразно изготавливать в инвентарном исполнении. Рекомендуется применять унифицированное здание для хранения и ремонта бурильной установки, разработанное институтом "Донгипрооргшахтострой". 11.4. Механические мастерские Мастерские предназначены для выполнения ремонта различного горнопроходческого оборудования, используемого при строительстве стволов. Конструктивно здание, отведенное под мастерские, должно выполняться из сборно-разборных элементов: фундаменты – сборные железобетонные индивидуального изготовления; каркас – рамный металлический; ограждающие конструкции – трехслойные утепленные панели из гнутых профилей с обшивкой гофрированным оцинкованным листом; утеплитель – минераловатные плиты на синтетическом связующем. В механической мастерской предусмотрены помещения кузнечного и слесарного участков, молоточная, вентиляционная камера, кладовая. В мастерских устанавливают: горн кузнечный, точильно-шлифовальный станок ЗК63, бурозаправочный станок, токарно-винторезный станок ИТ-1Г, вертикально-сверлильный станок 2Н118-1, сварочный трансформатор ТДМ401У2 и агрегат вентиляционный пылеулавливающий ЗИЛ-900 м.

198

11.5. Помещение для зарядки патронов-боевиков В здании для зарядки патронов-боевиков предусматривают хранение взрывчатых веществ общей массой не более 500 кг. Помещение для этих целей выполняют из штучных материалов: кирпича, шлакоблоков, бута или (в заглубленном варианте) монолитного железобетона. При надземном исполнении вокруг здания устраивают защитную обваловку из грунта с высотой вала 2–4 м. При оснащении вертикальных стволов шахт и рудников рекомендуется применять унифицированную зарядную будку или передвижную станцию для зарядки патронов-боевиков "ЗАРЯД-1", разработанную институтом "Донгипрооргшахтострой". При строительстве шахт "Обуховская №1" и "Шерловская-Наклонная" использовался унифицированный расходный склад, выполненный по проекту Донгипрооргшахтосроя. Расположение на площадке на площадке строительства вблизи проходимых стволов расходного склада весьма удобно и безопасно. 11.6. Временные очистные сооружения При сооружении вертикальных стволов на промплощадке, как правило, предусматривают временные очистные сооружения, которые должны состоять из горизонтальных двухсекционных отстойников различной вместимости в зависимости от водопритока, хлораторной и насосной (рис. 11.3). Отстойники выполняют преимущественно из монолитного железобетона или в сборно-монолитных конструкциях. Здания хлораторной и насосной выполняют из штучных строительных материалов. Отстойник, хлораторную и насосную блокируют и к ним присоединяют подводящий и отводящий коллекторы. При наличии свободных площадей рядом с промплощадкой в качестве отстойников необходимо использовать котлованы вместимостью 1000 м3 и более. Очистку таких отстойников производят по мере их заиливания. Канализационные сооружения в начале подготовительного периода состоят из выгребных антисептиков с вывозкой всех сбросов на ближайшие очистные сооружения. В настоящее время разработаны компактные блочноконтейнерные очистные сооружения типа "Сток", "Биодиск", которые могут применяться в подготовительный и первый основной период строительства (табл. 11.1). Очистные сооружения по постоянной схеме должны строить опережающими темпами и завершать до начала второго основного периода. 199

Рис 11.3. Отстойник шахтных вод вместимостью 700 м3: 1 – кладовая; 2 – хлораторная; 3 – отверстие 400×400 на отм. –3,20; 4 – дно канала хлоропровода; 5 – люк; 6 – проем 400×400 на отм. –1,65.

Таблица 11.1 Краткая характеристика очистных сооружений Типы блочных очистных сооружений и установок Станция конструкции ДонУГИ Сток-22,4 Установка "Биодиск" Флора-10 Флора-25 Флора-35

Производительность, м3/ч 300 10 от 5,4 до 180 5-15 15-30 30-40

Суммарная мощность эл. двигателя, кВт

от 0,25 до 2,2 10 25 35

Степень очистки

Масса, кг

30-70 – – – – –

– 25400 – 1500 1700 1800

11.7. Инженерные коммуникации При оснащении проходки вертикальных стволов необходимо предусматривать комплекс наземных и подземных коммуникаций (постоянных и временных), обеспечивающих подачу воды, электроэнергии, сжатого воздуха и связи, требующих проведения большого числа различных траншей. Системы водоснабжения, канализации и электроснабжения промплощадок подключаются, как правило, к существующим. При освоении новых районов сооружают самостоятельные системы инженерных сетей. 200

Размещение инженерных сетей в плане и разрезе зависит от их назначения, конструктивных особенностей и климатических условий района. Водоснабжение

Водопроводная сеть сооружается для обеспечения технических, питьевых и противопожарных потребностей. На площадке предусматривают комбинированную систему водоснабжения: одна сеть предназначается для хозяйственно-питьевых и противопожарных нужд, вторая образует производственный водопровод. Вода, подаваемая для хозяйственно-бытовых нужд потребителей производственных и вспомогательных зданий, по качеству должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Качество воды, используемой для производственных нужд, определяют требованиями технологии производства. Потребность в воде включает: расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, мытье в душевых, приготовление напитков, мытье фляг и обуви, стирку рабочей одежды (при наличии собственной прачечной), мытье полов и полив территории. В устье всех вертикальных стволов устраивают кольцевой трубопровод с водоразбрызгивающими насадками, который соединяют с противопожарным трубопроводом на поверхности, обеспечивая подачу воды в объеме 2 и 6 м3/ч на 1м2 поперечного сечения ствола при несгораемой и сгораемой крепи соответственно. Проходческие копры должны оборудоваться трубопроводами подачи воды к распылительным насадкам для орошения подшкивной площадки при пожаре (расход воды 25 м3/ч от сети противопожарного водопровода). Внутри производственных зданий, как правило, предусматривают открытую прокладку магистральных и разводящих сетей водопровода по фермам, колоннам, стенам. Совместная прокладка хозяйственно-питьевого водопровода с канализационным трубопроводом допускается только в проходных каналах. Трассы внутриплощадочных и внеплощадочных водопроводов рекомендуется прокладывать вблизи автодорог и проездов параллельно линиям застройки. Временные сети водопровода допускается прокладывать на эстакадах и опорах совместно с другими коммуникациями (теплопроводами и трубопроводами сжатого воздуха) при условии принятия мер, исключающих замерзание воды. Глубина заложения труб должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины промерзания грунта. Материал трубопроводов (сталь, чугун, пластмасса) выбирается в зависимости от требований к качеству температуры и давления воды. Обеспечение строительства водой в начальный период для технических и бытовых нужд зависит от ряда факторов: наличия пригодной питьевой, технической воды в трубопроводах, расположенных вблизи строительства, наличия подземных источников. Все эти варианты имеют место при соответствующих условиях. Часто приходится обеспечивать строительство привозной водой. В этом случае оборудуют специальные машины типа поливомо201

ечных или молоковозов и представляют их в санитарный надзор для регистрации обслуживания. Этими машинами завозят воду в емкости на площадки, по качеству и количеству вода должна удовлетворять всем нуждам строительства. Но при любых вариантах временного водоснабжения организация постоянного является первоочередной задачей, которую необходимо решить до начала второго основного периода строительства шахты. Для такого крупного предприятия как шахта, строят собственные водозаборы или расширяют уже действующие. Водозаборные сооружения с сетями очень дорогостоящи, потому в настоящее время ставят задачу обеспечения строящегося горного предприятия водой, откачиваемой из шахты, которая после очистки (механической, химической или биологической) должна соответствовать ГОСТу питьевой воды. Тепловые сети

По способу прокладки тепловые сети разделяют на надземные и подземные. При надземной прокладке тепловые сети укладывают на низкие или высокие опоры, а также на опоры и эстакады с трубопроводами другого назначения. Надземная прокладка тепловых сетей является наиболее экономичной и надежной в эксплуатации. Строительные конструкции тепловых сетей изготавливаются из сборного железобетона. Допускается применение металлических, железобетонных и кирпичных опор. Подземные тепловые сети прокладывают бесканально, в непроходных, полупроходных и проходных каналах (тоннелях), в общих коллекторах совместно с другими коммуникациями в подвалах и подпольях зданий. Расстояния в плане и по вертикали от конструкций тепловых сетей до зданий, сооружений и инженерных сетей должны быть выдержаны в соответствии с нормативными требованиями. При прокладке тепловых сетей на низких опорах расстояние в свету от дневной поверхности до низа изоляции принимают в пределах 0,35-0,5 м. Уклон тепловых сетей независимо от способа прокладки должен быть не менее 0,002. В низких точках для дренажа трубопроводов предусматривают устройства для выпуска воды и конденсата, а в высоких точках – устройства для выпуска воздуха. При прокладке тепловых сетей бесканальным способом в сухих глинистых, песчаных слежавшихся породах изолированные и утепленные трубопроводы укладывают на песчаную подготовку и засыпают грунтом. При прокладке тепловых сетей в зоне грунтовых вод устраивают попутный дренаж. В насыпных торфянистых и других слабых породах в основании песчаной подушки дополнительно укладывают сборные железобетонные плиты, а слабые грунты заменяют уплотненными на глубину не менее 500 мм. Наибольшее применение существующих конструкций бесканальной прокладки тепловых сетей получила прокладка с изоляцией из битумоперлита. Подземная прокладка тепловых сетей должна предусматриваться в непроходных унифицированных каналах. Этот тип прокладки применяют в любых грунтах, а в зоне грунтовых вод выполняют попутный дренаж или 202

гидроизоляцию. Для компенсации теплового удлинения трубопроводов применяют сальниковые и гибкие П-образные компенсаторы; повороты трассы также обеспечивают самокомпенсацию. Эксплуатацию тепловых сетей осуществляют в соответствии с требованиями "Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды", утвержденных Госгортехнадзором Российской Федерации. Экономически целесообразно трубопроводы подачи тепла и сжатого воздуха прокладывать по поверхности, при этом следует учитывать следующее: 1. Трассу трубопровода необходимо предусматривать, по возможности, за объектами оснащения, ближе к границе промплощадки с учетом необходимой высоты опор для обеспечения свободного проезда к зданиям и сооружениям внутри площадки. 2. При прокладке трубопроводов следует более полно использовать существующие опоры для труб вентиляции, тельферную дорогу, для чего при проектировании таких опор учитывать прокладку по ним трубопроводов теплосети и сжатого воздуха. 3. Предусматривать устройства переездов через трубопроводы, для чего участки труб в этих местах заключать в обоймы из труб большого диаметра или других материалов. 4. Теплоизоляцию труб выполнять минераловатными матами в металлической сетке с последующей облицовкой деревянными рейками всплошную по всему периметру. 5. В местах установки задвижек предусматривать устройство небольших деревянных будок с песком, оборудованных двойными утепленными стенами и плотной крышкой. Прокладка трубопроводов тепла и сжатого воздуха на поверхности по сравнению с подземной обладает рядом существенных преимуществ: – сокращается объем земляных работ, уменьшается расход материалов, не требуются штучные материалы и монолитный бетон; – высвобождаются строительные механизмы и автотранспорт, уменьшается количество людей, занятых на прокладке трубопроводов; – на строительной площадке отсутствуют траншеи, площадка не загромождается грунтом, сборно-разборным железобетоном и др., что создает нормальные условия работы при возведении объектов оснащения ствола, монтажа оборудования и благоустройства промплощадки; – сокращается на 30–40 % стоимость строительно-монтажных работ. Канализация

В зависимости от назначения зданий и сооружений, а также предъявляемых требований к сбросу сточных вод, предусматривают следующие системы канализации: бытовая – для отведения сточных вод от санитарных приборов административно-бытового комбината и зданий производственного назначения. Во203

ды отводят самотечным или напорным коллектором за пределы территории шахты на биологические очистные сооружения; производственная – для отведения вод, выдаваемых из шахты, вод котельных и пр., которые поступают в отстойник, где их осветляют и хлорируют; объединенная – для отведения бытовых и производственных сточных вод при возможности их совместной очистки; сеть внутренних водостоков – для удаления атмосферных осадков с кровель зданий. Канализационная сеть включает в себя систему трубопроводов и комплекс очистных сооружений, обеспечивающих прем стоков, отведение их в очистные устройства, очистку с утилизацией содержащихся в осадке полезных веществ и сброс обезвреженных вод в водоемы. Не допускается сбрасывать бытовые и загрязненные производственные сточные воды в наружную сеть производственной канализации, отводящую незагрязненные стоки. В отдельных случаях (при соответствующем техникоэкономическом обосновании) допускается отведение некоторых производственных сточных вод в выгреб или бункер для последующего их вывоза. Не допускается сброс атмосферных вод в сеть бытовой канализации, а также в сеть производственной канализации, стоки которой требуют очистки. Отвод сточных вод предусматривают, как правило, по самотечным трубопроводам. Материал труб выбирают в зависимости от состава и температуры сточных вод, требований прочности трубопроводов и с учетом экономии металла. Канализационную сеть шахтной площадки проектируют из керамических, железобетонных, бетонных, асбестоцементных или пластмассовых труб. Тип отводящего коллектора зависит от рельефа местности и может быть самотечным или напорным. Напорные трубопроводы укладывают из асбестоцементных, пластмассовых, чугунных или, при соответствующем обосновании, стальных труб. Стыковые соединения керамических труб уплотняют битумизированной прядью с последующим устройством замка из глины, цементного раствора, асбоцементной смеси, асфальтовой мастики. Наибольшее применение находит асфальтовый стык. Стыковые соединения бетонных и железобетонных труб заделывают резиновыми уплотнительными кольцами или пеньковой смоляной прядью с последующей заделкой стыков асбоцементным или цементным раствором. На внутриплощадочной канализационной сети и отводящем коллекторе сооружают смотровые колодцы из сборных железобетонных элементов. Их располагают в местах присоединения к канализационной сети отдельных зданий при изменении направления сети и на прямых участках. 204

11.8 Резервуары противопожарного запаса воды и насосные станции Для запаса воды на производственно-хозяйственные нужды и пожаротушение на промплощадке сооружаемого ствола необходимо предусматривать резервуар вместимостью 300 м3 при двух источниках водоснабжения или 500 м3 – при одном. Резервуары – капитальные сооружения из сборных железобетонных унифицированных конструкций заводского изготовленения или из монолитного железобетона со сборным покрытием. Их можно устанавливать в любых грунтах независимо от уровня грунтовых вод. Подача воды в резервуар предусматривается по трубопроводу, располагаемому в верхней его части. Для лучшего перемешивания воды в нижней части резервуара на противоположной стороне от входного трубопровода устраивается углубление (приямок) для забора воды. Забор воды на хозяйственные нужды осуществляется через специальный кожух, который не позволяет откачивать воду ниже заданного уровня, на пожаротушение – из нижней части резервуара. Для забора воды с помощью пожарных машин или мотопомп около резервуара устраивают площадку для въезда и разворота машин. Площадка и подъезд имеют простейшее покрытие для отвода дождевых и талых вод. Около резервуара предусматривают насосные станции второго класса надежности. Необходимо, чтобы насосы питались электроэнергией от двух независимых источников или двух отдельных фидеров кольца. Помещения насосных станций в зимнее время следует обогревать. Производительность насосов должна соответствовать максимальному расходу воды на пожаротушение и рассчитываться на конкретную сеть. 11.9. Бетонно-растворные узлы Монолитный бетон является основным строительным материалом для крепления вертикальных стволов. При строительстве шахты или даже проходке одиночного вертикального ствола рекомендуется оборудовать свой бетонный узел. Наличие бетонного узла не только позволяет иметь гибкую схему по приготовлению бетонной смеси, но и доставку ее к стволу и спуск за опалубку в ствол, что значительно сокращает простои и повышает качество постоянной бетонной крепи. При современных проходках, когда набираемая прочность бетона за опалубкой контролируется буквально по часам, быстрый набор прочности требует специальных дозированных добавок, поэтому возникает необходимость лабораторного обслуживания бетонного узла. В настоящее время используют бетонные узлы блочно-комплектной поставки типа СБ-75; СБ-138; СБ-145; УБК-30 и другие модификации с различными бетоносмесителями. Схема бетоносмесительной крупноблочной установки УБК-30 приведена на рис. 11.4. 205

Рис. 11.4. Бетоносмесительная крупноблочная установка УБК-30: 1 – бункер для песка; 2 – бункер для щебня; 3 – блок водопитания и добавок; 4 – трубопровод; 5 – расходная банка цемента; 6 – компенсатор; 7 – столик; 8 – блок дозатора цемента; 9 – течка; 10 – лестница; 11 – распределитель; 12 – смеситель; 13 – емкость; 14 – воздуховод; 15 – конвейер.

Высокая заводская готовность узлов, деталей, блоков позволяет смонтировать, наладить и запустить бетонный узел за 15-20 смен, что в 5-6 раз меньше по объемам и времени по сравнению со строительством такого же по производительности бетонного узла или завода из традиционных строительных материалов. Бетонный узел блочно-контейнерного типа состоит из четырех основных элементов: смесительного отделения с дозаторным хозяйством, расходного склада цемента, галереи или скреперной эстакады, бункеров для нерудных материалов (песка, щебня) или открытого склада этих материалов при их подаче скрепером. Утепление металлических каркасов блоков произведено стеновыми панелями типа "СЭНДВИЧ". Такие установки высоко механизированы и автоматизированы. При их обслуживании требуется не более 2-3 человек в смену. Характеристики наиболее распространенных отечественных бетонных узлов и заводов приведены в табл. 11.2. Некоторые данные наиболее распространенных моделей бетонных узлов и заводов иностранных фирм приведены в табл.11.3. Общий вид зарубежных аналогов бетонных узлов и заводов приведены на рис. 11.5 – 11.7. Данные установки отличаются друг от друга, главным образом, формой и размерами приемного бункера заполнителя, объемом смесителя, высотой загрузки бетонной смеси и мощностью электродвигателей смесителя. Форма и размеры приемного бункера устанавливаются в зависимости от способа и средств загрузки. Так, схема загрузки бетонорастворного узла, приведенного на рис. 11.5, предусматривает заполнение приемного бункера с помощью скрепера, подвешиваемого к стреле крана. Такой бетоносмесительный узел устанавливается непосредственно у месторождения заполнителя, 192

что позволяет одновременно разрабатывать и загружать заполнитель в бункер. Бункер бетоносмесительной установки, показанной на рис. 11.6, имеет форму и размеры, рассчитанные на загрузку заполнителя посредством одноковшового экскаватора. Загрузка бетоносмесительного узла, приведенного на рис. 11.7, производится с помощью бадьи, закрепляемой на стреле автокрана. Таблица 11.1 Характеристики отечественных бетонных узлов и заводов Производитель- Тип бетоносмесиУст. мощность, Размеры площадСклад цемента, м3 3 ность, м /ч теля кВт ки, м Скипового типа 20 СБ-134 22 36 21×10 30 СБ-138 80 2×28 18×6 32 СБ-75 37,7 2×30 18×14 30 Т-500 60 2×45 15×6 60 Т-1000 100 2×58 18×7 Галерейного типа 30 СБ-138 28 60 42×15 60 СБ-138 109 2×28 42×27 120 СБ-138 200 проект 4×28 Бетоносмесительные установки 15 СБ-146 28 60 12×7 30 СБ-138 80 2×28 18×6 30 Т-500 60 2×45 22×6 Таблица 11.2 Характеристики зарубежных бетонных узлов и заводов Типоразмер Н1 Н 1,25 Н 1,5 Н2 Н1 Н 1,25 Н 1,5 Н2 Н1 Н 1,25 Н 1,5 Н2

ПроизводиМасса Масса Эл. мощ3 тельность, м /ч заполнителя, кг цемента, кг ность, кВт Установки со скреперной загрузкой (рис. 11.5) 58 2500 500 100 70 3500 750 120 79 3500 750 140 93 5000 1000 160 Установки с экскаваторной загрузкой (рис. 11.6) 58 2500 500 75 70 3500 750 90 79 3500 750 110 93 5000 1000 120 Установки с крановой загрузкой (рис. 11.7) 58 2500 500 95 70 3500 750 110 79 3500 750 130 93 5000 1000 165

Объем бункера заполнителя, м3 100 100 100 100 60; 100 60; 100 60; 100 60; 100 270; 370; 470 270; 370; 470 270; 370; 470 270; 370; 470

193

3 5 1

2

6 7

Рис. 11.5. Бетонорастворный узел со скреперной загрузкой заполнителя: 1 – эстакада; 2 – скрепер; 3 – кран; 4 – емкость для заполнителя; 5 – емкость для цемента; 6 – смеситель; 7 – бетоновоз.

4 5

3 1 2

Рис. 11.6. Бетонорастворный узел с экскаваторной загрузкой заполнителя: 1 – приемный бункер; 2 – экскаватор; 3 – кабина управления; 4 – емкость для заполнителя; 5 – емкость для цемента; 6 – смеситель; 7 – бетоновоз.

6 7 4 1 3

2

6

Рис. 11.7. Бетонорастворный узел с крановой загрузкой заполнителя:

7 4

8

5 194

1 – бадья; 2 – стрела автокрана; 3 – приемная воронка; 4 – накопительный бункер заполнителя; 5 – рабочая емкость для заполнителя; 6 – емкость для цемента; 7 – смеситель; 8 – бетоновоз.

В практике шахтного строительства нашли широкое распространение приствольные бетонные узлы для одного ствола. Такие узлы выполняют в заглубленном варианте, непосредственно у находящегося в проходке ствола. Бетон из бетономешалки через специальную воронку и желоб поступает непосредственно в бетонный став и по нему – за опалубку в стволе. Такое решение значительно сокращает транспортные расходы и уменьшает количество перегрузов, где бетон теряет пластичность. Схема приствольного бетонно-растворного узла на базе бетоносмесительной установки СБ-75 показана на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Схема приствольного бетонно-растворного узла на базе бетоносмесительной установки СБ-75: 1 – бункер заполнителей; 2 – дозатор заполнителей; 3 – склад цемента; 4 – бак для воды; 5 – мешалка для хлористого кальция; 6 – бетоносмеситель; 7 – бетоновод; 8 – герметическое перекрытие; 9 – герметическая дверь.

Контрольные вопросы 1. Требования к оснащению поверхности при строительстве стволов. 2. Конструкции временных административно-бытовых комбинатов, их достоинства, недостатки. Обоснование строительства временных АБК. 3. Конструктивные особенности здания для обслуживания бурильных установок, механических мастерских, помещения для зарядки патронов-боевиков. 4. Требования к оборудованию временных очистных сооружений. Состав и конструктивные особенности очистных сооружений на поверхности строящейся шахты. 5. Устройство наземных и подземных инженерных коммуникаций. Основные технические требования к прокладке водопроводных и тепловых сетей. 6. Устройство систем канализации. Требования к канализационным сетям шахты. 7. Оборудование противопожарных резервуаров и насосных станций 8. Разновидности и конструктивные особенности отечественных и зарубежных бетонорастворных узлов.

195

11. ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ШАХТЫ 11.1. Общие сведения Требования к оснащению поверхности для проходки вертикальных стволов как к одному из основных факторов, оказывающих существенное влияние на технико-экономические показатели строительства стволов, остаются всегда высокими и в большой мере определяют сроки строительства шахты в целом. Это объясняется тем, что оснащение поверхности в определенной степени остается базой на весь срок строительства предприятия. Технические решения по оснащению поверхности для проходки стволов должны обеспечить: – максимальные скорости строительства ствола; – наименьшую стоимость и минимальную продолжительность работ по оснащению вертикальных стволов к проходке, которая не должна превышать 6 месяцев; – минимальные продолжительность и стоимость переоснащения вертикальных стволов на второй период строительства (к проходке горизонтальных и наклонных выработок на будущем рабочем горизонте); – высокую производительность подъемных установок по выдаче горной массы при проходке стволов и всех горных выработок; – возможность строительства постоянных зданий и сооружений в подготовительный период и их максимальное использование как при проходке стволов, так и всех остальных горных выработок; – максимальное использование установочного, многоразового блочнокомплектного оборудования. Многолетняя практика шахтного строительства доказала, что использование постоянных зданий и сооружений при проходке стволов дает значительный экономический эффект, в этом случае следует пользоваться принципом необходимой достаточности и расчетами. Так, например: – нет необходимости в короткие сроки строить и пускать в эксплуатацию постоянный административно-бытовой комбинат. Его пуск в полном объеме принесет убытки, поскольку на первых этапах строительства в нем еще некого размещать, но требуются затраты на его содержание (охрану, отопление, освещение и т.д.) – нет необходимости запускать постоянную котельную на 170-250 ГДж/год, когда по расчетам тепла необходимо на порядок меньше и т.д. В каждом отдельном случае необходим расчет и экономическая целесообразность в увязке со сроками строительства, которые не должны превышать расчетных по проекту организации строительства.

194

11.2. Административно-бытовые комбинаты На основании сложившейся практики в шахтостроительных организациях страны – "Кузбассшахтострое", "Печершахтострое", "Ростовшахтострое" – численность производственного персонала на проходке одного вертикального ствола составляет до 100 человек. Если на одной промплощадке располагается два ствола, то численность трудящихся составляет в среднем 170 человек, а если три ствола, как при строительстве шахты "Обуховская №1" ОАО "Донской уголь", то численность возрастает, но удельный вес обслуживающего персонала будет более чем в два раза меньше. Для обеспечения необходимых производственно-бытовых условий требуется бытовой комплекс для размещения нарядных, раздевалок, душевых, зарядных станцийламповых и т.д. Но это совершенно не означает, что необходим срочный пуск постоянного АБК всей шахты. При проектировании и строительстве административно-бытовых комбинатов для рабочих и ИТР, занятых на горных работах по проходке стволов, следует учитывать особые условия. Это, прежде всего, наличие воды, пыли, газа в выработках, особые требования к освещенности и т.д. Поэтому в административно-бытовом комбинате должны быть душевые, сушилка, прачечная, ламповая, респираторная, буфет, медицинский пункт и другие общеизвестные помещения, необходимые для обеспечения нормальной работы горного участка или шахтостроительного (шахтопроходческого) управления. Количество и площадь отдельных помещений, нормы расхода воды регламентируются СНиП или санитарно-гигиеническими нормами, что соответственно учитывается проектировщиками, строителями, а при сдаче АБК в эксплуатацию тщательно проверяется рабочей комиссией. В каждом бассейне региональными институтами разработаны и апробированы в эксплуатации АБК, которые затем тиражируются для всех оснащений стволов к проходке. В Восточном Донбассе институтами "Донгипрооргшахтострой", "Ростовгипрошахт" и "Шахтопроект" разработаны и в настоящее время применяются временные АБК каркасного типа с ограждающими керамзитобетонными панелями (рис. 11.1). Эти административно-бытовые комбинаты имеют один главный недостаток – одноразовое использование. После окончания строительства шахты, в период эксплуатации, такое здания в лучшем случае приспосабливается для вспомогательных целей, но чаще всего идет на слом, что весьма неэкономично. Учитывая этот главный недостаток, разработан АБК в сборном варианте. Такой административно-бытовой комбинат может быть использован при оснащении к проходке нескольких стволов, он легко разбирается, перевозится и монтируется. Схема бытового проходческого комбината КБП-125Д сборно-разборного типа, состоящего из 28 унифицированных блок-контейнеров каркасно-панельной конструкции и плоских доборных элементов для устройства коридора, приведена на рис. 11.2. 195

Рис 11.1. Временный АБК каркасного типа с ограждающими керамзитобетонными панелями: 1 – нарядная, 2 – кабинет начальника проходки; 3 – кабинет главного механика; 4 – фотарий; 5 – кладовая для хранения хозинвентаря; прачечная с кладовой; 6, 7 – гардеробные личной одежды для мужчин и женщин; 8, 9, 12 – гардеробные рабочей одежды для мужчин, женщин и ИТР; 10,11 – душевые для мужчин и женщин; 13 – питьевая станция с помещениями для фляговой и сатураторной; 14 – медицинский пост и ингаляторий; 15,16,17,18 – буфет с кладовой и помещением для мойки посуды и торговый зал; 19 – вентиляционные камеры и тепловой пункт; 20 – электрощитовая; 21 – помещение для сушки рабочей одежды; 22 – респираторная; 23 – помещение для обеспыливания рабочей одежды; 24,25 – ламповая с мастерской.

Рис 11.2.Бытовой сборно-разборный проходческий комбинат на 125 человек КБП-125Д: 1 – мастерская; 2 – кладовая; 3 – тамбур; 4 – постирочная; 5 – подсобка; 6 – кладовая чистого белья; 7 – кладовая грязного белья; 5 – помещение для переодевания; 9 – помещение для сушки и обеспыливания одежды; 10 – женский гардероб спецодежды; 11 – проход; 12 – душевая; 13 – туалет; 14 – женский гардероб домашней одежды; 15 – комната обслуживающего персонала; 16 – сантехнический блок; 17 – теплопункт; 18 – щитовая; 19 – гардероб ИТР; 20 – нарядная; 21 – кабинет ИТР; 22 – гардероб; 23 – медпункт; 24 – коридор; 25 – питьевая станция; 26 – фляговая; 27 – камера; 28 – респираторная; 29 – ламповая; 30 – мужской гардероб спецодежды; 31 – умывальник; 32 – комната медперсонала; 33 – фотарий; 34 – мужской гардероб домашней одежды; 35 – буфет; 36 – раздаточная; 37 – кладовая; 38 – мойка посуды.

Но независимо от строительных материалов, способов сборки и разборки административно-бытовые комбинаты должны иметь регламентированные нормами помещения. Временный АБК на промплощадке необходимо располагать на свободной площади от постоянных зданий и по возможности ближе к стволу. 11.3. Здание для обслуживания бурильных установок Здание, предназначенное для ремонта и хранения бурильной установки, должно быть прямоугольным в плане с шириной пролета – 6 м, длиной 12-18 м и оборудоваться монорельсом с тельфером. В торце здания предусматривают ворота с пропуском монорельса. Здание монтируют из сборно-разборных элементов в виде металлической рамы-каркаса и ограждающих конструкций из металлических щитов с применением профилированного листа. Металлические щиты представляют собой утепленную конструкцию, образуемую с внешней стороны профлистом, а с внутренней – жесткими или полужесткими минплитами соответствующей толщины, рассчитанной по фактору теплопередачи. С целью сокращения материальных и трудовых затрат на монтаж и демонтаж здания все элементы целесообразно изготавливать в инвентарном исполнении. Рекомендуется применять унифицированное здание для хранения и ремонта бурильной установки, разработанное институтом "Донгипрооргшахтострой". 11.4. Механические мастерские Мастерские предназначены для выполнения ремонта различного горнопроходческого оборудования, используемого при строительстве стволов. Конструктивно здание, отведенное под мастерские, должно выполняться из сборно-разборных элементов: фундаменты – сборные железобетонные индивидуального изготовления; каркас – рамный металлический; ограждающие конструкции – трехслойные утепленные панели из гнутых профилей с обшивкой гофрированным оцинкованным листом; утеплитель – минераловатные плиты на синтетическом связующем. В механической мастерской предусмотрены помещения кузнечного и слесарного участков, молоточная, вентиляционная камера, кладовая. В мастерских устанавливают: горн кузнечный, точильно-шлифовальный станок ЗК63, бурозаправочный станок, токарно-винторезный станок ИТ-1Г, вертикально-сверлильный станок 2Н118-1, сварочный трансформатор ТДМ401У2 и агрегат вентиляционный пылеулавливающий ЗИЛ-900 м.

198

11.5. Помещение для зарядки патронов-боевиков В здании для зарядки патронов-боевиков предусматривают хранение взрывчатых веществ общей массой не более 500 кг. Помещение для этих целей выполняют из штучных материалов: кирпича, шлакоблоков, бута или (в заглубленном варианте) монолитного железобетона. При надземном исполнении вокруг здания устраивают защитную обваловку из грунта с высотой вала 2–4 м. При оснащении вертикальных стволов шахт и рудников рекомендуется применять унифицированную зарядную будку или передвижную станцию для зарядки патронов-боевиков "ЗАРЯД-1", разработанную институтом "Донгипрооргшахтострой". При строительстве шахт "Обуховская №1" и "Шерловская-Наклонная" использовался унифицированный расходный склад, выполненный по проекту Донгипрооргшахтосроя. Расположение на площадке на площадке строительства вблизи проходимых стволов расходного склада весьма удобно и безопасно. 11.6. Временные очистные сооружения При сооружении вертикальных стволов на промплощадке, как правило, предусматривают временные очистные сооружения, которые должны состоять из горизонтальных двухсекционных отстойников различной вместимости в зависимости от водопритока, хлораторной и насосной (рис. 11.3). Отстойники выполняют преимущественно из монолитного железобетона или в сборно-монолитных конструкциях. Здания хлораторной и насосной выполняют из штучных строительных материалов. Отстойник, хлораторную и насосную блокируют и к ним присоединяют подводящий и отводящий коллекторы. При наличии свободных площадей рядом с промплощадкой в качестве отстойников необходимо использовать котлованы вместимостью 1000 м3 и более. Очистку таких отстойников производят по мере их заиливания. Канализационные сооружения в начале подготовительного периода состоят из выгребных антисептиков с вывозкой всех сбросов на ближайшие очистные сооружения. В настоящее время разработаны компактные блочноконтейнерные очистные сооружения типа "Сток", "Биодиск", которые могут применяться в подготовительный и первый основной период строительства (табл. 11.1). Очистные сооружения по постоянной схеме должны строить опережающими темпами и завершать до начала второго основного периода. 199

Рис 11.3. Отстойник шахтных вод вместимостью 700 м3: 1 – кладовая; 2 – хлораторная; 3 – отверстие 400×400 на отм. –3,20; 4 – дно канала хлоропровода; 5 – люк; 6 – проем 400×400 на отм. –1,65.

Таблица 11.1 Краткая характеристика очистных сооружений Типы блочных очистных сооружений и установок Станция конструкции ДонУГИ Сток-22,4 Установка "Биодиск" Флора-10 Флора-25 Флора-35

Производительность, м3/ч 300 10 от 5,4 до 180 5-15 15-30 30-40

Суммарная мощность эл. двигателя, кВт

от 0,25 до 2,2 10 25 35

Степень очистки

Масса, кг

30-70 – – – – –

– 25400 – 1500 1700 1800

11.7. Инженерные коммуникации При оснащении проходки вертикальных стволов необходимо предусматривать комплекс наземных и подземных коммуникаций (постоянных и временных), обеспечивающих подачу воды, электроэнергии, сжатого воздуха и связи, требующих проведения большого числа различных траншей. Системы водоснабжения, канализации и электроснабжения промплощадок подключаются, как правило, к существующим. При освоении новых районов сооружают самостоятельные системы инженерных сетей. 200

Размещение инженерных сетей в плане и разрезе зависит от их назначения, конструктивных особенностей и климатических условий района. Водоснабжение

Водопроводная сеть сооружается для обеспечения технических, питьевых и противопожарных потребностей. На площадке предусматривают комбинированную систему водоснабжения: одна сеть предназначается для хозяйственно-питьевых и противопожарных нужд, вторая образует производственный водопровод. Вода, подаваемая для хозяйственно-бытовых нужд потребителей производственных и вспомогательных зданий, по качеству должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Качество воды, используемой для производственных нужд, определяют требованиями технологии производства. Потребность в воде включает: расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, мытье в душевых, приготовление напитков, мытье фляг и обуви, стирку рабочей одежды (при наличии собственной прачечной), мытье полов и полив территории. В устье всех вертикальных стволов устраивают кольцевой трубопровод с водоразбрызгивающими насадками, который соединяют с противопожарным трубопроводом на поверхности, обеспечивая подачу воды в объеме 2 и 6 м3/ч на 1м2 поперечного сечения ствола при несгораемой и сгораемой крепи соответственно. Проходческие копры должны оборудоваться трубопроводами подачи воды к распылительным насадкам для орошения подшкивной площадки при пожаре (расход воды 25 м3/ч от сети противопожарного водопровода). Внутри производственных зданий, как правило, предусматривают открытую прокладку магистральных и разводящих сетей водопровода по фермам, колоннам, стенам. Совместная прокладка хозяйственно-питьевого водопровода с канализационным трубопроводом допускается только в проходных каналах. Трассы внутриплощадочных и внеплощадочных водопроводов рекомендуется прокладывать вблизи автодорог и проездов параллельно линиям застройки. Временные сети водопровода допускается прокладывать на эстакадах и опорах совместно с другими коммуникациями (теплопроводами и трубопроводами сжатого воздуха) при условии принятия мер, исключающих замерзание воды. Глубина заложения труб должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины промерзания грунта. Материал трубопроводов (сталь, чугун, пластмасса) выбирается в зависимости от требований к качеству температуры и давления воды. Обеспечение строительства водой в начальный период для технических и бытовых нужд зависит от ряда факторов: наличия пригодной питьевой, технической воды в трубопроводах, расположенных вблизи строительства, наличия подземных источников. Все эти варианты имеют место при соответствующих условиях. Часто приходится обеспечивать строительство привозной водой. В этом случае оборудуют специальные машины типа поливомо201

ечных или молоковозов и представляют их в санитарный надзор для регистрации обслуживания. Этими машинами завозят воду в емкости на площадки, по качеству и количеству вода должна удовлетворять всем нуждам строительства. Но при любых вариантах временного водоснабжения организация постоянного является первоочередной задачей, которую необходимо решить до начала второго основного периода строительства шахты. Для такого крупного предприятия как шахта, строят собственные водозаборы или расширяют уже действующие. Водозаборные сооружения с сетями очень дорогостоящи, потому в настоящее время ставят задачу обеспечения строящегося горного предприятия водой, откачиваемой из шахты, которая после очистки (механической, химической или биологической) должна соответствовать ГОСТу питьевой воды. Тепловые сети

По способу прокладки тепловые сети разделяют на надземные и подземные. При надземной прокладке тепловые сети укладывают на низкие или высокие опоры, а также на опоры и эстакады с трубопроводами другого назначения. Надземная прокладка тепловых сетей является наиболее экономичной и надежной в эксплуатации. Строительные конструкции тепловых сетей изготавливаются из сборного железобетона. Допускается применение металлических, железобетонных и кирпичных опор. Подземные тепловые сети прокладывают бесканально, в непроходных, полупроходных и проходных каналах (тоннелях), в общих коллекторах совместно с другими коммуникациями в подвалах и подпольях зданий. Расстояния в плане и по вертикали от конструкций тепловых сетей до зданий, сооружений и инженерных сетей должны быть выдержаны в соответствии с нормативными требованиями. При прокладке тепловых сетей на низких опорах расстояние в свету от дневной поверхности до низа изоляции принимают в пределах 0,35-0,5 м. Уклон тепловых сетей независимо от способа прокладки должен быть не менее 0,002. В низких точках для дренажа трубопроводов предусматривают устройства для выпуска воды и конденсата, а в высоких точках – устройства для выпуска воздуха. При прокладке тепловых сетей бесканальным способом в сухих глинистых, песчаных слежавшихся породах изолированные и утепленные трубопроводы укладывают на песчаную подготовку и засыпают грунтом. При прокладке тепловых сетей в зоне грунтовых вод устраивают попутный дренаж. В насыпных торфянистых и других слабых породах в основании песчаной подушки дополнительно укладывают сборные железобетонные плиты, а слабые грунты заменяют уплотненными на глубину не менее 500 мм. Наибольшее применение существующих конструкций бесканальной прокладки тепловых сетей получила прокладка с изоляцией из битумоперлита. Подземная прокладка тепловых сетей должна предусматриваться в непроходных унифицированных каналах. Этот тип прокладки применяют в любых грунтах, а в зоне грунтовых вод выполняют попутный дренаж или 202

гидроизоляцию. Для компенсации теплового удлинения трубопроводов применяют сальниковые и гибкие П-образные компенсаторы; повороты трассы также обеспечивают самокомпенсацию. Эксплуатацию тепловых сетей осуществляют в соответствии с требованиями "Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды", утвержденных Госгортехнадзором Российской Федерации. Экономически целесообразно трубопроводы подачи тепла и сжатого воздуха прокладывать по поверхности, при этом следует учитывать следующее: 1. Трассу трубопровода необходимо предусматривать, по возможности, за объектами оснащения, ближе к границе промплощадки с учетом необходимой высоты опор для обеспечения свободного проезда к зданиям и сооружениям внутри площадки. 2. При прокладке трубопроводов следует более полно использовать существующие опоры для труб вентиляции, тельферную дорогу, для чего при проектировании таких опор учитывать прокладку по ним трубопроводов теплосети и сжатого воздуха. 3. Предусматривать устройства переездов через трубопроводы, для чего участки труб в этих местах заключать в обоймы из труб большого диаметра или других материалов. 4. Теплоизоляцию труб выполнять минераловатными матами в металлической сетке с последующей облицовкой деревянными рейками всплошную по всему периметру. 5. В местах установки задвижек предусматривать устройство небольших деревянных будок с песком, оборудованных двойными утепленными стенами и плотной крышкой. Прокладка трубопроводов тепла и сжатого воздуха на поверхности по сравнению с подземной обладает рядом существенных преимуществ: – сокращается объем земляных работ, уменьшается расход материалов, не требуются штучные материалы и монолитный бетон; – высвобождаются строительные механизмы и автотранспорт, уменьшается количество людей, занятых на прокладке трубопроводов; – на строительной площадке отсутствуют траншеи, площадка не загромождается грунтом, сборно-разборным железобетоном и др., что создает нормальные условия работы при возведении объектов оснащения ствола, монтажа оборудования и благоустройства промплощадки; – сокращается на 30–40 % стоимость строительно-монтажных работ. Канализация

В зависимости от назначения зданий и сооружений, а также предъявляемых требований к сбросу сточных вод, предусматривают следующие системы канализации: бытовая – для отведения сточных вод от санитарных приборов административно-бытового комбината и зданий производственного назначения. Во203

ды отводят самотечным или напорным коллектором за пределы территории шахты на биологические очистные сооружения; производственная – для отведения вод, выдаваемых из шахты, вод котельных и пр., которые поступают в отстойник, где их осветляют и хлорируют; объединенная – для отведения бытовых и производственных сточных вод при возможности их совместной очистки; сеть внутренних водостоков – для удаления атмосферных осадков с кровель зданий. Канализационная сеть включает в себя систему трубопроводов и комплекс очистных сооружений, обеспечивающих прем стоков, отведение их в очистные устройства, очистку с утилизацией содержащихся в осадке полезных веществ и сброс обезвреженных вод в водоемы. Не допускается сбрасывать бытовые и загрязненные производственные сточные воды в наружную сеть производственной канализации, отводящую незагрязненные стоки. В отдельных случаях (при соответствующем техникоэкономическом обосновании) допускается отведение некоторых производственных сточных вод в выгреб или бункер для последующего их вывоза. Не допускается сброс атмосферных вод в сеть бытовой канализации, а также в сеть производственной канализации, стоки которой требуют очистки. Отвод сточных вод предусматривают, как правило, по самотечным трубопроводам. Материал труб выбирают в зависимости от состава и температуры сточных вод, требований прочности трубопроводов и с учетом экономии металла. Канализационную сеть шахтной площадки проектируют из керамических, железобетонных, бетонных, асбестоцементных или пластмассовых труб. Тип отводящего коллектора зависит от рельефа местности и может быть самотечным или напорным. Напорные трубопроводы укладывают из асбестоцементных, пластмассовых, чугунных или, при соответствующем обосновании, стальных труб. Стыковые соединения керамических труб уплотняют битумизированной прядью с последующим устройством замка из глины, цементного раствора, асбоцементной смеси, асфальтовой мастики. Наибольшее применение находит асфальтовый стык. Стыковые соединения бетонных и железобетонных труб заделывают резиновыми уплотнительными кольцами или пеньковой смоляной прядью с последующей заделкой стыков асбоцементным или цементным раствором. На внутриплощадочной канализационной сети и отводящем коллекторе сооружают смотровые колодцы из сборных железобетонных элементов. Их располагают в местах присоединения к канализационной сети отдельных зданий при изменении направления сети и на прямых участках. 204

11.8 Резервуары противопожарного запаса воды и насосные станции Для запаса воды на производственно-хозяйственные нужды и пожаротушение на промплощадке сооружаемого ствола необходимо предусматривать резервуар вместимостью 300 м3 при двух источниках водоснабжения или 500 м3 – при одном. Резервуары – капитальные сооружения из сборных железобетонных унифицированных конструкций заводского изготовленения или из монолитного железобетона со сборным покрытием. Их можно устанавливать в любых грунтах независимо от уровня грунтовых вод. Подача воды в резервуар предусматривается по трубопроводу, располагаемому в верхней его части. Для лучшего перемешивания воды в нижней части резервуара на противоположной стороне от входного трубопровода устраивается углубление (приямок) для забора воды. Забор воды на хозяйственные нужды осуществляется через специальный кожух, который не позволяет откачивать воду ниже заданного уровня, на пожаротушение – из нижней части резервуара. Для забора воды с помощью пожарных машин или мотопомп около резервуара устраивают площадку для въезда и разворота машин. Площадка и подъезд имеют простейшее покрытие для отвода дождевых и талых вод. Около резервуара предусматривают насосные станции второго класса надежности. Необходимо, чтобы насосы питались электроэнергией от двух независимых источников или двух отдельных фидеров кольца. Помещения насосных станций в зимнее время следует обогревать. Производительность насосов должна соответствовать максимальному расходу воды на пожаротушение и рассчитываться на конкретную сеть. 11.9. Бетонно-растворные узлы Монолитный бетон является основным строительным материалом для крепления вертикальных стволов. При строительстве шахты или даже проходке одиночного вертикального ствола рекомендуется оборудовать свой бетонный узел. Наличие бетонного узла не только позволяет иметь гибкую схему по приготовлению бетонной смеси, но и доставку ее к стволу и спуск за опалубку в ствол, что значительно сокращает простои и повышает качество постоянной бетонной крепи. При современных проходках, когда набираемая прочность бетона за опалубкой контролируется буквально по часам, быстрый набор прочности требует специальных дозированных добавок, поэтому возникает необходимость лабораторного обслуживания бетонного узла. В настоящее время используют бетонные узлы блочно-комплектной поставки типа СБ-75; СБ-138; СБ-145; УБК-30 и другие модификации с различными бетоносмесителями. Схема бетоносмесительной крупноблочной установки УБК-30 приведена на рис. 11.4. 205

Рис. 11.4. Бетоносмесительная крупноблочная установка УБК-30: 1 – бункер для песка; 2 – бункер для щебня; 3 – блок водопитания и добавок; 4 – трубопровод; 5 – расходная банка цемента; 6 – компенсатор; 7 – столик; 8 – блок дозатора цемента; 9 – течка; 10 – лестница; 11 – распределитель; 12 – смеситель; 13 – емкость; 14 – воздуховод; 15 – конвейер.

Высокая заводская готовность узлов, деталей, блоков позволяет смонтировать, наладить и запустить бетонный узел за 15-20 смен, что в 5-6 раз меньше по объемам и времени по сравнению со строительством такого же по производительности бетонного узла или завода из традиционных строительных материалов. Бетонный узел блочно-контейнерного типа состоит из четырех основных элементов: смесительного отделения с дозаторным хозяйством, расходного склада цемента, галереи или скреперной эстакады, бункеров для нерудных материалов (песка, щебня) или открытого склада этих материалов при их подаче скрепером. Утепление металлических каркасов блоков произведено стеновыми панелями типа "СЭНДВИЧ". Такие установки высоко механизированы и автоматизированы. При их обслуживании требуется не более 2-3 человек в смену. Характеристики наиболее распространенных отечественных бетонных узлов и заводов приведены в табл. 11.2. Некоторые данные наиболее распространенных моделей бетонных узлов и заводов иностранных фирм приведены в табл.11.3. Общий вид зарубежных аналогов бетонных узлов и заводов приведены на рис. 11.5 – 11.7. Данные установки отличаются друг от друга, главным образом, формой и размерами приемного бункера заполнителя, объемом смесителя, высотой загрузки бетонной смеси и мощностью электродвигателей смесителя. Форма и размеры приемного бункера устанавливаются в зависимости от способа и средств загрузки. Так, схема загрузки бетонорастворного узла, приведенного на рис. 11.5, предусматривает заполнение приемного бункера с помощью скрепера, подвешиваемого к стреле крана. Такой бетоносмесительный узел устанавливается непосредственно у месторождения заполнителя, 206

что позволяет одновременно разрабатывать и загружать заполнитель в бункер. Бункер бетоносмесительной установки, показанной на рис. 11.6, имеет форму и размеры, рассчитанные на загрузку заполнителя посредством одноковшового экскаватора. Загрузка бетоносмесительного узла, приведенного на рис. 11.7, производится с помощью бадьи, закрепляемой на стреле автокрана. Таблица 11.1 Характеристики отечественных бетонных узлов и заводов Производитель- Тип бетоносмесиУст. мощность, Размеры площадСклад цемента, м3 3 ность, м /ч теля кВт ки, м Скипового типа 20 СБ-134 22 36 21×10 30 СБ-138 80 2×28 18×6 32 СБ-75 37,7 2×30 18×14 30 Т-500 60 2×45 15×6 60 Т-1000 100 2×58 18×7 Галерейного типа 30 СБ-138 28 60 42×15 60 СБ-138 109 2×28 42×27 120 СБ-138 200 проект 4×28 Бетоносмесительные установки 15 СБ-146 28 60 12×7 30 СБ-138 80 2×28 18×6 30 Т-500 60 2×45 22×6 Таблица 11.2 Характеристики зарубежных бетонных узлов и заводов Типоразмер Н1 Н 1,25 Н 1,5 Н2 Н1 Н 1,25 Н 1,5 Н2 Н1 Н 1,25 Н 1,5 Н2

ПроизводиМасса Масса Эл. мощ3 тельность, м /ч заполнителя, кг цемента, кг ность, кВт Установки со скреперной загрузкой (рис. 11.5) 58 2500 500 100 70 3500 750 120 79 3500 750 140 93 5000 1000 160 Установки с экскаваторной загрузкой (рис. 11.6) 58 2500 500 75 70 3500 750 90 79 3500 750 110 93 5000 1000 120 Установки с крановой загрузкой (рис. 11.7) 58 2500 500 95 70 3500 750 110 79 3500 750 130 93 5000 1000 165

Объем бункера заполнителя, м3 100 100 100 100 60; 100 60; 100 60; 100 60; 100 270; 370; 470 270; 370; 470 270; 370; 470 270; 370; 470

207

3 5 1

2

6 7

Рис. 11.5. Бетонорастворный узел со скреперной загрузкой заполнителя: 1 – эстакада; 2 – скрепер; 3 – кран; 4 – емкость для заполнителя; 5 – емкость для цемента; 6 – смеситель; 7 – бетоновоз.

4 5

3 1 2

Рис. 11.6. Бетонорастворный узел с экскаваторной загрузкой заполнителя: 1 – приемный бункер; 2 – экскаватор; 3 – кабина управления; 4 – емкость для заполнителя; 5 – емкость для цемента; 6 – смеситель; 7 – бетоновоз.

6 7 4 1 3

2

6

Рис. 11.7. Бетонорастворный узел с крановой загрузкой заполнителя:

7 4

8

5 208

1 – бадья; 2 – стрела автокрана; 3 – приемная воронка; 4 – накопительный бункер заполнителя; 5 – рабочая емкость для заполнителя; 6 – емкость для цемента; 7 – смеситель; 8 – бетоновоз.

В практике шахтного строительства нашли широкое распространение приствольные бетонные узлы для одного ствола. Такие узлы выполняют в заглубленном варианте, непосредственно у находящегося в проходке ствола. Бетон из бетономешалки через специальную воронку и желоб поступает непосредственно в бетонный став и по нему – за опалубку в стволе. Такое решение значительно сокращает транспортные расходы и уменьшает количество перегрузов, где бетон теряет пластичность. Схема приствольного бетонно-растворного узла на базе бетоносмесительной установки СБ-75 показана на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Схема приствольного бетонно-растворного узла на базе бетоносмесительной установки СБ-75: 1 – бункер заполнителей; 2 – дозатор заполнителей; 3 – склад цемента; 4 – бак для воды; 5 – мешалка для хлористого кальция; 6 – бетоносмеситель; 7 – бетоновод; 8 – герметическое перекрытие; 9 – герметическая дверь.

Контрольные вопросы 1. Требования к оснащению поверхности при строительстве стволов. 2. Конструкции временных административно-бытовых комбинатов, их достоинства, недостатки. Обоснование строительства временных АБК. 3. Конструктивные особенности здания для обслуживания бурильных установок, механических мастерских, помещения для зарядки патронов-боевиков. 4. Требования к оборудованию временных очистных сооружений. Состав и конструктивные особенности очистных сооружений на поверхности строящейся шахты. 5. Устройство наземных и подземных инженерных коммуникаций. Основные технические требования к прокладке водопроводных и тепловых сетей. 6. Устройство систем канализации. Требования к канализационным сетям шахты. 7. Оборудование противопожарных резервуаров и насосных станций 8. Разновидности и конструктивные особенности отечественных и зарубежных бетонорастворных узлов.

209

12. ОСНАЩЕНИЕ ДЛЯ ПРОХОДКИ УСТЬЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОТХОДА ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА

12.1. Общие положения Устьем вертикального ствола называется его верхняя часть, выходящая на поверхность. В большинстве случаев устье сооружают в слабых, рыхлых, неустойчивых наносных породах, мощность которых колеблется в широких пределах. Поэтому глубину устья в каждом отдельном случае устанавливают проектом. Она равна 12-35 м. В случае, когда коренные породы выходят на поверхность, устьем ствола является его участок протяженностью до отметки, расположенной ниже почвы проема для вентиляционных, калориферных, кабельных, трубных и других каналов. Для защиты ствола от поверхностных вод устье сооружают на 0,15-0,20 м выше отметки поверхности промышленной площадки. В устье стволов, по которым подается свежий воздух, устанавливают стальные противопожарные ляды на нулевой отметке или на расстоянии 0,5-1,0 м ниже проема калориферного канала. Наносные отложения пород, пересекаемые устьем, чаще представлены глинами, суглинками, песками, гравийно-галечниковыми отложениями, мергелями, мелом, сильно выветренными и нарушенными коренными породами. Такие породы при незначительном насыщении их водой создают большие нагрузки на постоянную и временную крепь. Поэтому следует учитывать эти условия при выборе схемы оснащения, технологии работ, при сооружении технологического отхода и в расчете параметров временной и постоянной крепи. Для крепления устья в зависимости от назначения ствола, расчетных нагрузок и горно-геологических условий применяют бетон, монолитный железобетон, чугунные тюбинги или комбинированную крепь (чугунные тюбинги и монолитный бетон, железобетонные тюбинги и монолитный бетон). Конструкция устья определяется назначением ствола и формой его поперечного сечения; величиной вертикальных нагрузок, передаваемых на устье сооружениями, опирающимися на него; мощностью, условиями залегания и физико-механическими свойствами горных пород, в которых сооружаются устья стволов; размерами проемов для каналов; материалом крепи; способом сооружения и организации проходческих работ ствола и устья и др. На рис.12.1. изображена конструкция устья для стволов с постоянными металлическими копрами. 210

Рис. 12.1. Конструкция устья для стволов с постоянными металлическими копрами: АВ – воротник; АС – оголовок; АD – форшахта; СЕ – средняя часть устья; MN – опорный венец; 1 – постоянная железобетонная крепь устья; 2 – проем для вентиляционного канала; 3 – постоянная крепь ствола

Опорный венец устья устанавливают в коренных породах. Выбор места размещения устья ствола производят во взаимной увязке с генеральным планом и расположением горных выработок. При расположении устьев стволов санитарно-защитные зоны следует предусматривать в соответствии с нормами проектирования горных предприятий. Участок ствола, непосредственно прилегающий к земной поверхности (включая устье ствола), предназначенный для монтажа стволопроходческих комплексов и начала их эффективной эксплуатации, называют технологическим отходом. Глубина технологического отхода зависит от принятой технологической схемы проходки и составляет: для совмещенной – 40-50 м, параллельной – до 70 м, при комбайновом способе проходки – до 25 м. К проходке технологического отхода приступают после выполнения первоочередных работ подготовительного периода, связанных с освоением территории, отведенной под строительную площадку, сооружения магистральных инженерных линий и коммуникаций, а также разработки проекта производства работ. 211

12.2. Схемы оснащения Наиболее часто применяются три основные варианта оснащения стволов для сооружения устья и технологического отхода. Выбор варианта производят на базе технико-экономического анализа. Первый вариант предназначен для стволов, где проектом предусматривается монтаж металлических копров (постоянных или проходческих временных). Для проходки устьев вертикальных стволов и технологических отходов используют известные передвижные установки, разработанные различными специализированными шахтостроительными организациями (ПК-1, ПАШ100, ПАШ-150, НПУ, ПУ-1 и др., обеспечивающих выполнение операций проходческого цикла. При этом забой оснащается обычным облегченным оборудованием. Чаще для погрузки породы в бадьи используют породопогрузочные машины грейферного типа с ручным управлением КС-3, ПМС и другие, водоотлив – насосами Н-1м. Проветривание ведется по нагнетательной схеме вентиляторами типа ВМ по прорезиненным трубам, подвешенным на канате. Постоянная крепь возводится с применением призабойной опалубки, бетонная смесь опускается в ствол в специальной емкости или по металлическим трубопроводам. Для технологического отхода используется либо опалубка, предназначенная для оснащения всего ствола, либо облегченная опалубка высотой до 2 м. В подготовительном периоде, одновременно с работами по проходке технологического отхода производят оснащение поверхности для сооружения всего ствола. Для этого осуществляют монтаж оборудования, предусмотренного проектом оснащения на проходку всего ствола передвижными проходческими лебедками, вентиляторами, подъемными машинами (передвижными, временными стационарными или постоянными). Производят подготовку оборудования для приствольного бетонно-растворного узла, канатов, бадей и производят в стороне монтаж проходческого копра, который затем надвигают на выполненные фундаменты. По окончанию работ по сооружению технологического отхода демонтируют и выдают на поверхность забойное облегченное оборудование. Затем монтируют или надвигают копер с нулевой рамой и разгрузочным станком. На поверхности монтируют призабойную опалубку, опускают ее в ствол, а затем монтируют подвесной проходческий полок, породопогрузочные машины грейферного типа с механическим вождением, спасательную лестницу, технологические трубопроводы, проходческое оборудование освещения, связи и сигнализации. Тип и количество монтируемого оборудования, расположение его на поверхности и в стволе, продолжительность и стоимость оснащения ствола зависят от диаметра и глубины ствола, технологической схемы проходки, горно- и гидрогеологических условий и других факторов, и в каждом конретном случае определяются проектом. 212

Второй вариант оснащения используют для условий, аналогичных первому варианту. При этом варианте, для окончания работ по сооружению технологического отхода, предусматривается использование комплекса блочнопередвижного проходческого оборудования, разработанного Донгипрооргшахтостроем. После окончания проходки форшахты на 8-10 м, сооружения фундаментов под ноги копра и приствольного бетонно-растворного узла, на поверхности монтируют оборудование, с помощью которого выполняются проходческие работы оставшегося участка технологического отхода, а затем, после демонтажа облегченного забойного комплекса и монтажа стволового проходческого агрегата, продолжаются работы по проходке основной части ствола. Для этого, в зависимости от диаметра ствола в свету и его глубины, проектом принимают следующее передвижное, проходческое оборудование: копровые комплексы КПК-1, КПК-2, КПК-3 (соответственно для глубины 800; 1200 и 1600 м); подъемные машины МПП-6,3, МПП-9, МПП-17,5 со статическими натяжными канатами соответственно 61,8; 88,2 и 171,5 кН или временные стационарные машины ЦР-4×3/0,7; ЦР-5×3/0,6; ЦР-6×3/0,6; проходческие передвижные лебедки ПЛПО-5; ПЛПЭ-5А; ПЛПЭ-10м; ПЛПЭ-10АМ; ПЛП-18Б; ЛПЭРП-6,3; ЛПЭП-6,3; ЛПЭП-10; ЛПЭП-16, ЛПЭП-45; ЛППР-6,3; ЛПП-10; ЛПП-16; ЛПП-45 – грузоподъемностью 50, 100, 160, 250, 450 кН; компрессорные станции ПКС-150 производительностью 150 м3/мин; котельная установка (из 2-6 блоков) ПКУ-1/9-2Т; высоковольтная распределительная установка ПРУ-6А на 6кВ; трансформаторная подстанция БЭС-630; БЭС-400 мощностью 630, 400 кВА; вентиляторная установка УПВЦП-16Б производительностью 25 м3/с; административно-бытовой комбинат КБП-125 на 125 человек и др. Такое оснащение можно использовать для стволов центральных площадок, для одиночных стволов, но особенно эффективно оно – для фланговых стволов, так как позволяет интенсифицировать производственный процесс проходки ствола, а также вести горнопроходческие работы второго основного периода с высокими технологическими скоростями и малыми затратами времени и средств на переоборудование ствола. Такие проектные решения для стволов, расположенных на флангах, обусловлены еще и тем, что здесь проектируются постоянные копры легкой конструкции и небольших размеров, а постоянные подъемные машины – малой мощности (например, инспекторский подъем). Такая шахтная подъемная установка не может обеспечить высокие скорости работ и использование современных стволовых комплексов, а также осуществлять подъемно-транспортные операции при проведении горизонтальных и наклонных выработок. Поэтому для сооружения стволов и проведения горнопроходческих работ второго основного периода, необходима установка проходческих копров и подъемных машин в блочнопередвижном варианте, с последующей их заменой на постоянные перед сдачей шахты в эксплуатацию. 213

Третий вариант предназначен в основном для глубоких стволов центральных площадок, где используются постоянные башенные железобетонные, металлические или смешанные копры. Станковые копры проектируют с учетом нагрузок от подвесного проходческого оборудования. Копры, изготовленные без учета этих нагрузок, должны использоваться с дополнительными несущими конструкциями. Там, где предусматривают железобетонные башенные копры, используют их нижнюю часть до отметки 35-45 м. Подъемные машины применяют как в блочно-передвижном варианте, так и временные стационарные. На один ствол устанавливают, как правило, две одноконцевые машины и полный комплект передвижного проходческого оборудования. Возможен вариант проходки с постоянной подъемной машины, установленной на башенном копре, но до глубины 1000-1200 м он экономически нецелесообразен. Сооружение оставшегося участка технологического отхода и переход к проходке основной части ствола ведется аналогично описанной последовательности по второму варианту работ. После окончания работ по технологическому отходу и замены забойного технологического оборудования на высокопроизводительный стволовой комплекс типа КС, приступают к проходке ствола, проведению выработок, сопрягающихся со стволами, а также армированию и переоборудованию ствола. По данным зарубежного опыта в каждом конкретном случае работы подготовительного периода и сооружения технологического отхода максимально совмещаются, однако в зависимости от местных условий принимаются различные технические решения. В ФРГ фирма "Тиссен" при оснащении стволов широко использует временные здания и проходческое оборудование. Наибольший интерес представляют работы по сооружению стволов на рудниках богатейших золотоносных и урановых руд, залегающих на глубине 2000 м и более, в ЮАР, где создана высокоэффективная техника и технология сооружения вертикальных стволов. Например, на руднике "БеффельсФонтейн" кампания "Дженерал Майнинг", где достигались высокие скорости проходки, подготовительный период длился от 2,5 до 3,5 лет. В этот период совмещались работы по оснащению стволов, велись работы по предварительному тампонажу водоносных пород. С использованием различных кранов велась проходка форшахты до глубины 10-11 м. Затем оснащали стволы временными проходческими копрами и машинами. Первый период проходки на разных стволах продолжался от 4 до 12 месяцев с временного оборудования, при этом стволы углубляли до 900 м и более. С глубины 1200 м осуществили переход на постоянное оборудование.

214

12.3. Оснащение устьев для проходки обычным способом Для проходки устьев и технологических отходов в обычных горно-геологических условиях применяют комплексы оборудования КПШ, "Темп", НПУ и др. Для оснащения поверхности при сооружении технологического отхода по бескопровой схеме применяют надствольное проходческое устройство НПУ, разработанное в республиканском объединении Укршахтострой. Устройство НПУ предназначено для проходки устьев и технологических отходов стволов диаметром до 9 м и глубиной до 60 м. Надствольное проходческое устройство используют для подъема и спуска людей, материалов, оборудования, а также погрузочно-разгрузочных работах на поверхности и складирования материалов в рабочей зоне устройства. С помощью этого комплекса, оборудованного грейфером КС-2у/40, без постоянного присутствия людей в забое можно выполнять разработку грунта крепостью до 2-3 и выдавать его до глубины шейки 15-20 м этим грейфером на поверхность в бункер. При большей глубине погрузка осуществляется в бадьи. В более крепких породах применяется буровзрывной способ разрушения породы забоя ствола. Погрузка породы в бадьи может осуществляться при оснащении ствола двумя установками НПУ. Схема оснащения устья с применением устройства НПУ приведена на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Схема оснащения для проходки устья и технологического отхода с применением надствольного проходческого устройства (НПУ): 1 – НПУ; 2 – поворотное устройство НПУ на 360°; 3 – отбойные молотки с соединительными шлангами; 4 – труба сжатого воздуха с распределителем; 5 – грейфер; 6 – забойный насос и трубопровод водоотлива; 7 – канат для подвески вентиляционной трубы; 8 – вентиляционная труба; 9 – ограждение устья; 10 – нулевая рама с перекрытием устья и лядами; 11 – автосамосвал; 12 – породный бункер

215

Техническая характеристика НПУ Грузоподъемность, кН: груза......................................................................... людей ....................................................................... Вылет стрелы, м .................................................................... Максимальная глубина проходки, м ................................... Диаметр ствола, м ................................................................. Скорость подъема, м/мин: груза......................................................................... людей ....................................................................... Габаритные размеры в транспортном положении, м: длина........................................................................ ширина..................................................................... высота ...................................................................... Масса, т .................................................................................. Грузовой захват устройства .................................................

80 15 4 – 12,5 60 до 9 12,8 – 19 1 – 18,6 11,6 2,9 3,5 51,3 Грейфер КС-2у/40 крюковая подвеска

Кроме самого устройства НПУ в состав оборудования для оснащения устья входят оборудование для возведения постоянной крепи, снабжения забоя сжатым воздухом, вентиляции, маркшейдерского обслуживания, лебедки для подвески вспомогательного проходческого оборудования и др. (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Оснащение поверхности для проходки технологической части ствола с помощью НПУ: 1 – НПУ; 2 – лебедка для подвески передвижной опалубки (при возведении бетонной крепи); 3 – вентиляторы; 4 – лотки для подачи бетоннойсмеси из автосамосвалов; 5 – компрессоры; 6 – рама для подвески центрального отвеса; 7 – устье ствола; 8 – ограждение устья; 9 – бункер для породы; 10 – место складирования материалов; 11 – зона действия НПУ; 12 – рамы для установки шкивов и подвески трубопроводов подачи бетонной смеси, опалубки и водоотливного трубопровода

216

В слабых неустойчивых породах технологические отходы выполняют с применением передвижного проходческого комплекса НПУ-2. После выполнения работ по планировке площадки вокруг проектируемого ствола устанавливают раму-шаблон (рис.12.4). Затем приступают к разработке и выдаче породы на поверхность грейфером ГП-0,66 под котлован оголовка устья. После выемки породы на глубину котлована 1,5 м монтируют секционную инвентарную опалубку, устанавливают арматурные каркасы и ведут работы по креплению устья ствола. В настоящее время последовательная технологическая схема с применением временной крепи применяется крайне редко из-за многочисленных аварий, связанных с нарушением части устья, закрепленного временной крепью, еще до начала возведения постоянной крепи. По окончании бетонирования оголовка и высвобождения площадки от оборудования приступают к окончанию монтажа надствольного проходческого комплекса, а затем к началу проходческих работ по сооружению основного участка устья. Работы по разработке породы ведут отбойными молотками, а выдачу ее на поверхность грейфером или бадьями с помощью крана НПУ-2.

Рис. 12.4. Рама-шаблон 217

Для оснащения устья с использованием устройства НПУ-2 применяют следующий комплект проходческого оборудования: Надствольное проходческое устройство НПУ-2 Грейфер ГП – 0,66 Вентилятор местного проветривания ВМ-6 м Глушитель шума Трубопровод вентиляции (металлический) Трубопровод вентиляции (прорезиненный) Бункер для бетона (6 м3) Приемная воронка Трубопровод для бетона Гибкий бетонопровод Опалубка секционная Лестничное отделение Насос забойный Н-1м Трубопровод сжатого воздуха Рукав водоотлива Трос сигнализации Канат опалубки Кабель взрывания Рама Р-5 Шкив проходческий Ограждение Рама Р-1

Кроме вышеописанных установок НПУ для проходки технологических отходов по бескопровой схеме широко применяются комплексы оборудования типа КПШ и "Темп". Комплекс оборудования КПШ-2 предназначен для проходки устьев и технологических частей вертикальных стволов диаметром 4-8,5 м и глубиной до 50 м, а КПШ-3 при тех же диаметрах глубиной до 45 м. В состав комплекса КПШ (рис.12.4) входит автокран 1 К-161 или МКП25, пневмопогрузчик 6 КС-3М, подвесная опалубка 5, проходческие лебедки 7, предназначенные для подвески опалубки, экскаватор 3 ЭШ-1514, бадья 4, универсальная рама 2 с деревянным или металлическим настилом, лоток 9 для бетонной смеси и перегрузочный бункер 8 со ставом труб для подачи бетона в заопалубочное пространство. Комплексы оборудования "Темп-1" и "Темп-2" предназначены для проходки устьев и неглубоких стволов без предварительного рыхления плотно связанных грунтов, а также в неустойчивых грунтах. Одноканатный грейфер комплекса "Темп-1" вместимостью 0,8 м3 подвешивается к стреле крана грузоподъемностью 16 т. Он состоит из каретки, поворотного блока, вертлюга с дужкой, штанги с буфером, роликов направляющих челюстей, нижней и верхней траверс, тяг. Грейфер комплекса "Темп-2" отличается от грейфера комплекса "Темп-1" устройством для разгрузки. 218

Рис 12.5.Комплекс оборудования КПШ

Техническая характеристика комплексов оборудования "Темп" Комплекс.................................................................................."Темп-1" Категория крепости разрабатываемых грунтов по СНиПу .......................................................................I-III Диаметр ствола, м: в проходке............................................................................5,2 в свету ..................................................................................4,9 Максимальная глубина ствола, м...............................................25 Скорость проходки, м/смену ......................................................1,0 Установленная мощность электродвигателей, кВт ..................16 Вместимость грейфера, м3 ..........................................................0,8 Основные размеры, мм: высота ..................................................................................3075 диаметр описанной окружности при открытых челюстях .....................................................2280 Масса грейфера с породой, т ......................................................5 Масса грейфера, т ........................................................................3,7

"Темп-2" I-II 4,3 4,0 12 0,8 13 0,5 2645 1560 3,2 2,4

Для механизации разработки, погрузки, выдачи породы и возведения постоянной крепи из сборного монолитного бетона, железобетона, тюбингов ЦНИИподземмашем разработан комплекс КС-14 (рис.12.6).

Рис. 12.6. Комплекс КС-14 220

Комплекс состоит из погрузочной машины 1, подвесного предохранительного полка 2, оборудования для задавливания крепи 3, крана 4, копра 5, самоопрокидной скипоклети или опрокидной клети 6, монорельса 7. Техническая характеристика комплекса КС-14 Диаметр сооружаемого ствола, м в свету ............................................................................................ 5-12 вчерне ............................................................................................. 5-12,5 Глубина ствола, м............................................................................... 40 Породопогрузочная машина: вместимость ковша, м3 ................................................................. 0,25 производительность, м3/ч............................................................. 20-30 Средняя продолжительность цикла погрузки, с.............................. 25-30 Скорость перемещения по монорельсу, м/мин ............................... 0,4 Максимальный радиус копания, м ................................................... 6 Максимальная высота выгрузки от оси поворота стрелы, м3, ....... 3 Тип привода ........................................................................................ Электрогидравлический Вместимость скипа, м3 ....................................................................... 1 Основные размеры клети, мм: высота............................................................................................. 1500 длина .............................................................................................. 1200 ширина ........................................................................................... 950 Число людей, размещаемых в клети................................................. 4 Тип подъемной машины .................................................................... Цх1,6х1,2 Число домкратов................................................................................. 5 Диаметр домкрата, мм ....................................................................... 250 Ход домкрата, мм ............................................................................... 1200 Рабочее давление, МПа...................................................................... 30 Усилие одного домкрата, кН............................................................. 1200

12.4. Оснащение для проходки устьев с применением опускной крепи Сущность строительства устьев и технологических отходов вертикальных стволов с применением опускной крепи заключается в том, что водоносные породы проходят с предварительным погружением в породу замкнутой цилиндрической (реже эллиптической или прямоугольной) формы крепи, снабженной в нижней части режущим башмаком. Погружается крепь под воздействием собственного веса или внешней нагрузки. Одновременно с погружением крепь наращивают и вынимают горную массу внутри цилиндра. Опускную крепь можно применять при проходке стволов в водоносных неустойчивых грунтах при следующих условиях: мощность водоносных грунтов не должна превышать 10-12 м; напор подземных вод водоносного пласта должен быть не более 0,1 МПа; в проходимых грунтах должны отсутствовать включения валунов с размерами в поперечнике более 10 см; под водоносными грунтами должен залегать пласт водонепроницаемой горной по221

роды мощностью не менее 3 м, в которую может врезаться режущий башмак опускной крепи; глубина залегания неустойчивых пород не должна превышать 30 м от поверхности земли. Опускная крепь (рис. 12.7) состоит из режущего башмака и стенок опускного цилиндра. Режущий башмак служит для облегчения погружения опускной крепи в грунт; острые края его врезаются в грунт. Режущие башмаки изготовляют из металла или железобетона.

Рис. 12.7. Бетонная опускная крепь: 1 – режущий башмак; 2 – ребро жесткости; 3 – стенка бетонной крени; 4 – анкерный болт; 5 – соединительная муфта; 6 – полосовое железо; 7 – наружная кромка опалубки; 8 –деревянный брус

Кольцо металлического режущего башмака для бетонной или железобетонной опускной крепи (рис. 12.8) состоит из 6-14 сегментов клинообразной формы, соединяемых между собой болтами. Высоту сегмента h принимают от 0,6 до 1,2 м, ширину В – 0,55-1,1 м, толщину стенок Е – 30-50 мм. Длина одного сегмента по хорде 1,5-2 м. Масса одного режущего башмака достигает 15-20 т. 222

Угол α, образуемый режущими гранями башмака, принимают равным 40-50°; в вязких грунтах этот угол принимают меньше. Сегменты режущего башмака усиливают ребрами жесткости 3. Между соединительными фланцами сегментов башмака укладывают свинцовые или резиновые прокладки. Пустоты между Рис. 12.8. Режущий башмак желеребрами жесткости и стенками зобетонной опускной крепи: сегментов заполняют бетоном. 1 – анкерные болты; 2 – соединительДля уменьшения сопротивные муфты; 3 – ребра жесткости; 4 – ления трения при опускании пластины из полосовой стали крепи стенки бетонной крепи целесообразно выполнять с постоянным уменьшением толщины их кверху, т. е. коническими – с большим основанием внизу. С этой целью наружную поверхность каменной опускной крепи, а также наружную грань режущего башмака выполняют наклонными – под углом от 10' до 2°30' с вертикалью. Для возведения бетонной крепи выше режущего башмака используют скользящую (подвижную) металлическую или деревянную (рис. 12.9) опалубку, состоящую из опалубочных форм, рабочего полка и подъемных устройств. Со стороны бетона доски обстругивают и смазывают подогретой олифой, парафиновым маслом, мазутом, отработанным маслом и пр. В настоящее время для проходки устьев стволов глубиной более 10-12 м с помощью бетонной опускной крепи используют металлическую опалубку.

Рис. 12.9. Конструкция скользящей деревянной опалубки 223

На уровне верхнего обреза опалубочных форм на прогонах и балках устраивают рабочий полок, с которого устанавливают арматуру и укладывают бетон, а также поднимают опалубку. Подъемными средствами служат винтовые или гидравлические полые домкраты, которые закрепляют в деревянных рамах, прикрепленных к кружалам опалубки. Для уплотнение укладываемой бетонной смеси используют вибраторы И-50-А, И-86-А и И-116-А. Для изготовления стержней арматурного каркаса рекомендуется применять сталь круглую горячекатаную периодического профиля, диаметр которого определяется расчетом. Стыкование стержней арматуры из горячекатаной стали диаметром более 16 мм производят сваркой. Режущий башмак, применяемый для тюбинговой опускной крепи, показан на рис. 12.10. Высота режущего башмака 0,5 м. Режущие башмаки могут быть чугунными или железобетонными. Корпус, состоящий из двух сваренных между собой листов стали – наклонного 1 и вертикального 2, надевают на тюбинг со срезанным нижним горизонтальным фланцем и сбоку к нему приваривают полосовую сталь 3. Изготовленные таким образом сегменты режущих башмаков собирают в кольцо и сболчивают между собой. Пространство между стенками тюбингов 5 и корпусом заполняют бетоном 4. На режущем башмаке возводят стенки опускной крепи, которые скрепляют с башмаком вертикальными стальными круглыми анкерными болтами, расположенными по окружности на равном расстоянии друг от друга. Диаметр и число анкерных болтов рассчитывают так, чтобы они были в состоянии удержать полный вес опускной крепи с режущим башмаком в случае, если верхняя часть крепи заклинится в грунте, а вся остальная крепь будет на ней висеть. Допускаемое напряжение растяжению металла болтов при расчетах принимают до 100 МПа. Диаметр анкерных болтов принимают 30-60 мм по расчету. Анкерные болты связывают между собой дуговыми металлическими пластинами из полосовой стали шириной 100-200 мм и толщиной 12-40 мм. В неустойчивых грунтах бетонную опускную крепь погружают под действием собственного веса, в более плотных грунтах, и при использовании металлической крепи почти всегда прибегают к принудительной нагрузке, так как собственный вес крепи оказывается недостаточным для погружения. В качестве дополнительной нагрузки, укладываемой сверху опускной крепи, можно применять песок, тяжелые металлические предметы, железобетонные блоки и др. (рис. 12.11). В качестве дополнительной нагрузки при металлической или железобетонной опускной крепи применяют также гидравлические домкраты ДГ-50, ДГ-100, ДГ-200, БДС-10, БДС-20, винтовые и др. Один винтовой домкрат создает усилие 200-300 кН, гидравлический – 1-2 МН. Винтовые или гидравлические домкраты располагают между верхней поверхностью опускного цилиндра и опорным кольцом, уложенным наверху форшахты или массива, возведенного над устьем шахтного ствола. 224

Рис 12.10. Режущий башмак тюбинговой крепи: 1 – лист стали наклонный; 2 – лист стали вертикальный; 3 – полосовая сталь; 4 – бетон; 5 – междутюбинговое пространство

Рис. 12.11. Металлическая опускная крепь с загрузочным отделением: 1 – металлическая опускная крепь; 2 – загрузочное отделение; 3 – опережающий колодец; 4 – центробежный насос; 5 – засыпка песком с утрамбовкой; 6 – монтажный полок; 7 – тельфер; 8 – подъемное отделение

На опускной крепи устанавливают 6-10 гидравлических домкратов, в зависимости от требуемого давления. Домкраты по периметру крепи располагают равномерно. При опускании монолитной замкнутой крепи диаметром до 5 м применяют мощные вибропогружатели типа ВП и ВПУ, техническая характеристика которых приведена в табл. 12.1. 226

Таблица 12.1 Техническая характеристика вибропогружателей Характеристика

ВП-4

Тип вибропогружателя ВП-5 ВПУ-А

ВПУ-Б

Частота вибрирования, Гц: при одночастотном режиме

7,5

8,3

6,7 7,5 8,4

при двухчастотном режиме

15,0

16,7

Возмущающая сила, кН: при одночастотном режиме

13,3 15,0 16,8

900

1200

1000 1300 1600

450/900

600/1200

30 155

30,8 220

500/1000 650/1300 800/1600 26,2 155

1500 2160 2940 3840 – – – 43,2 310*

2010×1550 3620 11,3

1630×1200 3100 13,34

1585×2100 1600 12,5

при двухчастотном режиме Амплитуда колебаний, мм Мощность электродвигателя, кВт Основные размеры в плане, мм Полная высота, мм Масса, т

1800×1650 3804 12,35 * Два электродвигателя по 155 кВт каждый

8,3 10,0 11,7 13,3 – – –

С целью уменьшения трения между грунтом и опускной крепью и облегчения внедрения крепи в массив используют способ погружения опускной крепи в тиксотропной рубашке. Тиксотропией называют способность растворов, в том числе некоторых глинистых, загустевать в спокойном состоянии и при постоянной температуре, а при механическом воздействии на них, например, при перемешивании или встряхивании, обращаться снова в жидкое состояние. Тиксотропный глинистый раствор получают путем растворения бентонитовой глины в воде. Такой раствор называют грубодисперсной системой. Тиксотропным раствором заполняют кольцевое пространство между опускной крепью и стенками грунта, образуя, таким образом, рубашку. Согласно лабораторным исследованиям сопротивление сдвигу опускной крепи в тиксотропной рубашке в зависимости от глубины погружения составляет 723 МН на 1 м2 наружной поверхности бетонной опускной крепи. Без тиксотропной рубашки это сопротивление достигает 250 МН/м2. Режущий башмак опускной крепи в тиксотропной рубашке имеет более сложную конструкцию (рис. 12.12). Он представляет собой шесть сваренных между собой вертикальных металлических сегментов 1 и наклонных стальных листов 2, приваренных внизу к металлическим сегментам, а вверху к горизонтальным стальным пластинам 3. Образованное между ними коническое пространство заполняют бетонной смесью 4. 227

В режущем башмаке заделан кольцевой коллектор 5, изготовленный из швеллерного железа № 20. В нижней части коллектора имеются 24 отверстия диаметром 10 мм. Через коллектор нагнетают под давлевием воду или сжатый воздух – для подмыва грунта вокруг режущего башмака. По окончании погружения крепи через коллектор в закрепное пространство нагнетают цементный раствор. На режущем башмаке смонтирован другой кольцевой коллектор 5, предназначенный для распределения тиксотропного раствора, поступающего в закрепное пространство. В коллектор глинистый раствор нагнетают через 24 вертикальные трубы 7, размещенные в стене опускной крепи. К коллектору 6 присоединены вспомогательные вертикальные трубы 8 длиной 1,3 м и диаметром 25 мм; верхние концы этих труб перфорированы. Стены опускной крепи выполняют железобетонными, бетонными и металлическими – чугунными тюбингами. В основании опускной крепи устраивают уплотнительную манжету или глиняный замок. Для образования замка укрепляют в вертикальном положении транспортерную ленту 9 высотой 700 мм с высверленными в ней отверстиями. Пространство между Рис. 12.12. Конструк- лентой и наружной опалубкой опускной крепи заполция режущего башмака няют плотно утрамбованной глиной 10. Глиняный заи опускной крепи в мок предотвращает прорыв тиксотропного раствора в тиксотропном растворе забой из-под режущего башмака. После окончания сооружения цилиндра опускной крепи на высоту 10-15 м (включая ножевую часть) начинается движение крепи. Выемка породы производится одноканатным грейфером "Темп-2" вместимостью 0,5 м3. По мере погружения опускной крепи в кольцевое пространство добавляется тиксотропный раствор. Данный способ успешно применялся при сооружении стволов на строительстве метро, шахт Восточного Донбасса, а также в Кузбассе на шахтах "Октябрьская", "Березовская", "Никитинская". Положительным эффектом предлагаемого способа является то обстоятельство, что опускная крепь изолирует водопритоки, оплывающий грунт и отличается технологичностью возведения. Метод опускной крепи дает возможность сократить сроки строительства устья до 6 месяцев и значительно снизить стоимость 1 м ствола по сравнению с такими специальными способами, как искусственное замораживание вмещающих пород или проходка в кессонах. Благодаря отсутствию людей в забое во время выемки породы повышается безопасность труда. Данным способом проходки часто пользуются в промышленном и гражданском строительстве при сооружении на большой глубине в соответствующих горно-геологических условиях насосных, хранилищ, бункеров. 228

12.5. Оснащение для проходки под сжатым воздухом Способ проходки вертикальных горных выработок под сжатым воздухом (кесонный) представляет собой усовершенствованный вариант способа проходки выработок с применением опускной крепи, при котором устраивают воздухонепроницаемый потолок, создавая тем самым в призабойном пространстве герметизированную рабочую камеру. При строительстве выработок под сжатым воздухом в герметизированной рабочей камере поддерживается давление, несколько превышающее гидростатическое давление грунтовой воды. Сжатый воздух, проникая в поры водоносных пород, отжимает воду; в забое выработки происходит местное осушение водоносных пород, устойчивость их значительно повышается, создаются благоприятные условия для ведения горнопроходческих работ. Воду в песчаных грунтах можно отжать сжатым воздухом на глубину 0,3-0,4 м (считая от забоя вертикально вниз); в галечниковых, более водопроницаемых породах – только на глубину 0,1-0,2 м. Таким способом проходки выработок можно пользоваться при пересечении плывунов, неустойчивых водоносных, гравелистых, галечниковых, а также илистых пород. Однако он имеет ограниченное применение из-за тяжелых (вредных) условий работы проходчиков и низкой производительности. Пользуются им только в тех случаях, когда другие специальные способы проходки по техническим и экономическим причинам применить нельзя. По условиям санитарно-гигиенического режима пребывание людей в рабочей камере допускается при избыточном давлении сжатого воздуха до 0,2 МПа. Следовательно, способ проходки горных выработок под сжатым воздухом можно применять при пересечении слоев водоносных пород мощностью не более 20 м. При проходке вертикальных стволов под сжатым воздухом применяют как специальное (кессоны, шлюзы), так и обычное (подъемные машины, бадьи, лебедки, компрессоры, насосы и т. д.) горнопроходческое оборудование. Кессон (рис. 12.13 ) представляет собой опускную крепь, которая потолком разделяет ствол на две зоны: зону повышенного давления – рабочую камеру, расположенную ниже потолка; зону ствола с нормальным атмосферным давлением, расположенную выше потолка. Рабочая камера ограничивается со стороны боков стенами опускной крепи, сверху – потолком, снизу – забоем выработки. По мере выемки грунта из рабочей камеры крепь (кессон) опускается, а стенки его наращивают сверху. В качестве материала для сооружения стен кессона применяют железобетон, реже – чугун и бетон. Стены и потолок рабочей камеры делают из монолитного железобетона, размещая арматуру в два ряда, при этом применяют бетон марки не ниже 200, достигающий проектной прочности через 5-7 сут. после укладки. Внутренний диаметр камеры принимают на 0,5-1 м больше проектного диаметра 229

ствола в свету на случай отклонения оси кессона от вертикали при его погружении, а высоту – не менее 2,2 м. Толщину стен рассчитывают на максимальное горное давление и на давление сжатого воздуха. Потолок рабочей камеры рассчитывают на избыточное давление в ней с коэффициентом запаса 1,5, а также на дополнительную нагрузку на потолок сверху (вода, песок), при искусственном увеличении веса опускаемой крепи. Стены кессона опираются на железобетонный режущий башмак, который в нижней части снабжен ножом, имеющим вид кольца, изготовленного из швеллерных сегментов или уголковой стали. В потолке рабочей камеры, кроме обычной арматуры, устанавливают для большой прочности двутавровые балки № 3655, на которые опираются шахтные трубы кессонного аппарата. В потолке заделывают патрубки для пропуска осветительного и телефонного кабелей, для трубопроводов сжатого воздуха и водоотлива. Обычно толщину стен рабочей камеры принимают в пределах 0,5-0,8 м, а потолка 0,8-1 м. Чтобы уменьшить утечки сжатого воздуха, стены и потолок внутри рабочей камеры торкретируют и троекратно окрашивают. Для уменьшения трения крепи о горные породы наружные поверхности стен режущего башмака и кессона обшивают остроганными досками. Шлюзовое оборудование состоит из шлюзового аппарата и шахтных труб. Аппарат предназначен для шлюзования, т. е. постепенного поднятия давления воздуха (от атмосферного до рабочего), а также для вышлюзовывания – постепенного уменьшения давления; шахтные трубы служат для связи рабочей камеры с шлюРис. 12.13. . Кессон с металлическими зовым аппаратом. стенками опускной крепи: 1 – рабочая Шлюзовое оборудование позвокамера; 2 – стенка шахтной крепи; 3 – потолок рабочей камеры; 4 – режущий башляет производить подъем породы и мак; 5 – шахтная труба; 6 – шлюзовой аппаспуск материалов, спуск и подъем рат; 7 – приемная площадка 230

оборудования, людей, работающих в забое ствола, при сохранении давления сжатого воздуха в рабочей камере. Переход людей из зоны атмосферного давления в зону рабочего называют шлюзованием людей, а выход из него – вышлюзовываннем. В отечественной практике проходки стволов кесонным способом применяются шлюзовые аппараты конструкций Н. И. Филиппова, Н. И. Крылова, Шахтоспецстроя и ленинградских тоннелестроителей – «Ленинградец». Наиболее совершенной является модификация этого аппарата, в которой предусмотрены средства обогрева и утепления людских шлюзов для работы в зимнее время. Техническая характеристика шлюзового аппарата «Ленинградец» Производительность по выдаче породы, м3/ч Вместимость бадьи, м3 Расход воздуха при шлюзовании грунта, м3/ч Масса аппарата, т Допустимый размер длинномеров (рельсы, трубы, доски), м Одновременно шлюзуемое число людей в одной камере Шахтные трубы (стандартный диаметр), м Лестницы

4-6 0,4 - 0,75 8 - 14 20,5 7,5 7 1,4 Вертикальные с промежуточными площадками

Компрессорная станция служит для обеспечения проходки выработок сжатым воздухом. Она включает компрессоры двух типов: низкого давления – до 0,4 МПа (ЗИФ-55 и ДК-9) для обеспечения сжатым воздухом рабочей камеры, шлюзового аппарата и лечебного шлюза и компрессоры высокого давления (до 0,8 МПа) для пневматических машин и механизмов. Для безопасной и бесперебойной работы станции необходимо предусматривать установку не менее одного резервного компрессора, производительность которого должна быть не ниже производительности наиболее мощного из работающих. Кроме того, компрессорная станция должна иметь два независимых источника энергии. При кессонном способе проходки применяют поршневые компрессоры, так как они дают более чистый воздух. При работе компрессоров ротационного типа в воздух поступает большое количество паров масла, гари, пыли, оказывающих вредное влияние на здоровье людей, находящихся в зоне сжатого воздуха. Воздух, подаваемый в рабочую камеру, шлюзовой аппарат и лечебный шлюз, независимо от применяемых типов компрессоров, необходимо очищать при помощи фильтров. Температура его должна быть не более +22°С при работе в летнее время и не ниже +15 °С – зимой. Необходимое количество компрессоров определяют расчетным путем из условий максимального расхода сжатого воздуха с учетом коэффициента резерва – 1,2-1,5 при централизованном воздухоснабжении и 2 – для индивидуальных установок.

231

12.6. Оснащение для проходки с предварительным замораживанием Способ искусственного замораживания горных пород состоит в том, что в водоносных породах вокруг места расположения будущего шахтного ствола образуют временное цилиндрическое ограждение, защищающее ствол от проникновения в него воды или плывуна во время его проходки. Ледогрунтовое ограждение должно выдерживать гидростатическое давление воды и давление горных пород, что достигают соответствующим понижением температуры. Толщина ледопородного цилиндра (ограждения) определяется расчетом. Получение холода для образования ледопородного цилиндра достигается двумя способами: растворением газов в жидкости и последующим выпариванием газов (абсорбционный способ) или посредством сжатия газов компрессорами (компрессионный способ). Для осуществления указанного процесса требуются вещества, которые способны переходить из одного состояния в другое в короткий промежуток времени. Такие вещества называют холодильными агентами. Для замораживания горных пород в качестве холодильных агентов применяют аммиак, углекислоту, фреон. Для образования ледогрунтового ограждения вокруг ствола через толщу водоносных пород бурят скважины, в которые опускают замораживающие трубы с герметически закрытыми нижними концами. В замораживающие трубы опускают трубы меньшего диаметра, называемые питающими. Нижний конец питающих труб открыт и не доходит до основания замораживающих труб на 400-500 мм. Принципиальная схема замораживания вмещающих пород приведена на рис. 12.14. В верхней части замораживающую трубу снабжают головкой, через которую пропускают две трубы малого диаметра: через одну подают охлаждающий рассол и питающую трубу (ее присоединяют к трубопроводураспределителю 6, подводящему охлаждающий рассол от замораживающей станции); другую присоединяют к коллектору 7, по которому отводят отработанный рассол. Устройство 1, состоящее из замораживающей и питающей труб с головкой, называют замораживающей колонкой. Замораживающие колонки и магистральные трубопроводы заполняют рассолом, не замерзающим при низких температурах. Рассол охлаждают на замораживающей станции и насосом 2 через прямой рассолопровод 4 нагнетают в распределитель 6. Отсюда рассол поступает в питающие трубы замораживающих колонок. По достижении основания колонки рассол под давлением, создаваемым насосом, поднимается по кольцевому пространству между питающей и замораживающей трубами. Во время движения рассола по кольцевому пространству происходит теплообмен между рассолом и замораживаемой горной породой. Рассол отнимает тепло от горных пород, окружающих замораживающую колонку, и понижает их температуру. По выходе из замораживающей колонки рассол поступает в коллектор 7, а из последнего через обратный рассолопровод 5 на замораживающую станцию – в испаритель 3, где он снова охлаждается, а затем цикл повторяется. 232

233

Для бурения замораживающих скважин применяют следующие буровые станки: АВБ-3-100, УРБ-3АМ, турбобуровые и др. На работах по замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов применяют буровую установку типа УРБ-ЗАМ (установка разведочного бурения №3), предназначенную для бурения скважин глубиной до 300 м с бурильными трубами диаметром 72 мм и глубиной до 500 м с бурильными трубами диаметром 76 мм. Все части буровой установки, включая мачту, смонтированы на автомашине МАЗ-200 и транспортируются в собранном виде, не требуя монтажа и демонтажа (рис. 12.15). Полная масса комплекта буровой установки 3,56 т.

Рис. 12.15. Буровая установка УРБ-3АМ: 1 – стрела; 2 – лебедка; 3 – электродвигатель

Спуско-подъемные и вспомогательные операции в установке осуществляют с помощью лебедки тракторного подъемника типа ЛТ14-54. В зависимости от требуемой глубины бурения замораживающих скважин применяют следующие типы буровых станков вращательного бурения: Глубина бурения, м Типы буровых станков

до150 БУШ-1 БУШ-2 УТЗ-2 УВШ-2

150-400 УБЗШ-2

Более 400 УРБ-4ПМШ ЗИФ-650

Кроме указанных станков на работах по замораживанию горных пород применяют подвижные турбобуровые установки УЗТ-1 и УЗТ-2, разработанные ЦНИИПодземмашем. Техническая характеристика установок УЗТ приведена в табл. 12.2. 234

Рис. 12.16. Подвижная установка турбинного бурения замораживающих скважин УЗТ-1 235

Таблица 12.2 Техническая характеристика установок УЗТ Характеристика Диаметр бурения, мм Глубина бурения, м Диаметры окружностей расположения замораживающих скважин, м Установленная мощность электродвигателей, кВт Проектная скорость бурения, м/мес. Основные размеры, м: длина ширина высота Масса буровой установки без колонны бурильных труб, т

Тип установки УЗТ-1 УЗТ-2 до 250 до 250 до 200 до 300

7-11

7-11

240 2000

250 2500

7,8 4,3 19

7,8 4,18 19

19

16

Подвижная установка турбинного бурения УЗТ (рис. 12.16) представляет собой платформу 1 сварной конструкции с установленными на ней быстросборной вышкой 2, лебедкой 3 с приводом и направляющим кондуктором 4. Элементы подвижной турбоустановки можно перевозить на пяти автомашинах грузоподъемностью 4 т. Для обеспечения концентричного перемещения установки при бурении замораживающих скважин служит поворотный круг 5. Поворотный круг состоит из двух кольцевых рельсов, уложенных на крестовину 6 из спаренных швеллеров № 20, и колонки 7 с выдвижным дышлом 8. Колонку устанавливают точно по оси ствола шахты: она служит осью вращения платформы при перемещении ее от скважины к скважине. Буровая установка УЗТ-2 отличается от установки УЗТ-1 тем, что в ней смонтирован ротор, предназначенный для турбинного и роторного бурения скважин глубиной до 300 м. Замораживающие скважины бурят с копров или буровых вышек. Если шахтный ствол проходят с временным копром, тогда последний используют и для буровых работ. Однако поперечные размеры копра должны быть немного больше, чем это необходимо для проходки ствола. При большом диаметре окружности центров замораживающих скважин размеры копра настолько увеличиваются, что целесообразнее устраивать буровые вышки. Стальной трос, укрепленный одним концом к буровой вышке и перекинутый через ролик, передвигает буровую вышку по окружности. Вышки для бурения замораживающих скважин применяют также в том случае, когда проходку шахтных стволов осуществляют с постоянного копра. При небольшой глубине замораживающих скважин и отсутствии вблизи шахтного ствола поверхностных сооружений применяют гидравлический способ бурения скважин. В горных породах, не содержащих валунов или крупной гальки, этим способом можно достигнуть больших скоростей буре236

ния. Гидравлический способ бурения состоит в том, что грунт разрыхляется и удаляется из скважины через специальную трубу, опускаемую в обсадной трубе. При небольшой глубине замораживания (10-12 м) иногда применяют способ забивки замораживающих труб непосредственно в грунт. Тогда вместо муфтового соединения труб последние ввинчивают одна в другую подобно соединению колонковых труб при вращательном способе бурения или при помощи конической нарезки, как это выполняется в специальных замораживающих трубах. После забивки замораживающих труб должна быть тщательно проверена водонепроницаемость. После обуривания скважин приступают к монтажу оборудования для замораживания пород, которое состоит из двух комплексов: замораживающей станции и рассольной сети. В состав станции входят: компрессор, конденсатор, испаритель, маслоотделители, маслособиратели, ресиверы, регулировочная и другая аппаратура. Компрессоры предназначены для повышения давления хладагента (аммиака), обеспечивающего изменение его состояния от испарения (кипения) до конденсации (сжижения). В зависимости от требуемой температуры замораживания устанавливают одноступенчатые и двухступенчатые компрессоры. Первые обеспечивают снижение температуры аммиака до минус 30°С, а последние от минус 30°С до минус 50°С. Общий вид аммиачного вертикального компрессора типа АУ показан на рис. 12.17, а техническая характеристика применяемых компрессоров приведена в табл. 12.3.

Рис. 12.17. Аммиачный вертикальный компрессор типа АУ 237

Таблица 12.3 Техническая характеристика аммиачных компрессоров

ДАО-275П

ДАОН-350П

Холодопроизводительность, МДж 628 2407 Температура кипения, °С –15 –15 Температура конденсации, °С +30 +30 Количество ступеней сжатия 1 1 Ход поршня, мм 130 220 3 Расход воды, м /ч 1,5 6 Мощность электродвигателя, кВт 55 315 Масса компрессора с электродвигателем, кг 2200 9400

АО-1200П

Параметры

АО-600П

АУ-200/3Д

Марки компрессоров

4815 –15 +30 1 220 10 630 16600

1151 –40 +35 2 220 4 31 1085

1465 –50 +35 2 220 6 630 19 100

Конденсатор является одной из главных частей замораживающей станции; он предназначен для охлаждения и превращения аммиака из газообразного в жидкое состояние. При замораживании грунтов, как правило, применяют конденсаторы оросительного типа с отводом жидкого аммиака (рис. 12.18). Эти конденсаторы состоят из 3-6 секций вертикальных змеевиков из стальных цельнотянутых труб. Размеры секций: длина 5,9 м, высота 1,2 м. Секции устанавливают на расстоянии 0,5-0,6 м одна от другой и соединяют между собой коллекторами. Площадь поверхности охлаждения каждой секции 15 м2. Змеевики охлаждаются мелкими струйками воды. Конденсаторы оросительного типа устанавливают на открытом воздухе, потоки которого, омывая змеевики, способствуют интенсивному испарению с них воды и дополнительному охлаждению хладагента. Общий вид оросительного конденсатора показан на рис. 12.18. показан на рис. 12.17, а техническая характеристика применяемых конденсаторов приведена в табл. 12.4. Таблица 12.4. Техническая характеристика оросительных конденсаторов Параметры 2

Поверхность охлаждения, м Число секций Объем ресивера, м3 Объем секций конденсатора, м3 Основные размеры, мм: длина ширина высота Масса, кг 238

45МКО 45 3 0,11 0,50 6350 1775 2205 1912

Марка конденсатора 60МКО 75МКО 60 75 4 5 0,15 0,19 0,67 0,85 6350 2325 2205 2530

6350 2875 2205 3140

90МКО 90 6 0,22 0,90 6350 3425 2205 3795

Рис 12.18. Оросительный конденсатор с промежуточным отводом жидкого аммиака: 1 – труба конденсатора; 2 – распределитель газообразного аммиака; 3 – патрубок; 4 – коллектор жидкого аммиака; 5 – сборник жидкого аммиака; 6 – уравнительная труба; 7 – коллектор газообразного аммиака; 8 – бутылочный вентиль для выпуска воздуха; 9 – водораспределительный бак

239

Испаритель предназначен для превращения аммиака из жидкого в газообразное состояние и охлаждения хладоносителя. При замораживании грунтов наиболее широкое распространение получили вертикально-трубные испарители, техническая характеристика которых приведена в табл. 12.5). Испарительные секции вертикально-трубных испарителей (рис. 12.20) изготовляют в виде батарей, состоящих из двух горизонтальных коллекторов, соединенных между собой короткими испарительными трубками, расположенными в четыре ряда. Жидкий аммиак из конденсатора поступает в распределитель, помещенный над верхними коллекторами в их средней части, а из распределителя направляется в коллекторы и отдельные стояки и заполняет собой батареи. Испарившийся аммиак поступает в общий сборник, откуда всасывается компрессором. Рассол, заключенный в испарителе, приводится в непрерывное движение мешалкой, совершающей 220/400 об/мин. Скорость движения рассола в баке испарителя 0,5-0,75 м/с. Таблица 12.5. Техническая характеристика вертикально-трубных испарителей Параметры

160ИА 2

Поверхность охлаждения, м Число секций Длина, мм Ширина (диаметр), мм Высота, мм Масса, кг Мощность двигателя мешалки, кВт Объем по рассолу, м3

160 8 5800 2145 1350 8645 1,7 12,9

Марки испарителей 200ИА 240ИА

320ИА

200 10 5800 2675 1350 10510 1,7 16,2

320 8 6200 2800 2050 16215 2,8 23,5

240 6 6200 2090 2050 11935 1,7 18

Кроме вертикально-трубных могут использоваться кожухотрубные испарители (рис. 12.19), которые изготовляют в форме цилиндрического барабана (кожуха), закрытого с обеих сторон днищами и снабжают решетками, в которые завальцовывают стальные трубы. В трубах циркулирует рассол, а в межтрубном пространстве перемещается испаряющийся хладагент, отнимая тепло от рассола.

Рис. 12.19. Кожухотрубный испаритель 240

Рис 12.20. Вертикально-трубный испаритель: 1 – батарея испарителя; 2 – коллектор; 3 – испарительные трубки; 4 – распределитель жидкого аммиака; 5 – стояк; 6 – сборник газообразного аммиака; 7 – отделитель жидкого аммиака; 8 – маслосборник; 9 – бак испарителя; 10 – перегородка; 11 – отверстие для выхода рассола

241

Маслоотделители предназначены для отделения масла, уносимого парами сжатого хладагента из компрессора в виде капель или пара. Чем лучше отделяется масло от паров хладагента, тем эффективнее работают теплообменные аппараты и выше производительность станции. Для каждого компрессора маслоотделители подбирают по диаметру нагнетательного патрубка. Выпускают масло из маслоотделителя в маслосбрасыватели при пониженном давлении, т.е. при давлении всасывания. Наиболее совершенными являются маслоотделители типа ОММ (табл. 12.6). Таблица 12.6. Технические характеристики маслоотделителей Марка ОММ-50 ОММ-70 ОММ-100 ОММ-125 ОММ-150 ОММ-200

Условный проход, мм 50 70 100 125 150 200

Диаметр корпуса, мм 273 273 426 500 600 700

Общая высота, мм 1470 1570 1730 1970 2370 2600

Масса, кг 105 118 278 310 398 605

Маслособиратели служат для слива масла из маслоотделителя и других аппаратов и последующего удаления его из системы под низким давлением. На замораживающей станции устанавливают один маслособиратель. Применение маслособирателей значительно уменьшает потери аммиака с отработанным маслом и повышает безопасность работ по его удалению. В настоящее время широкое распространение получили маслособиратели СМ-150 и СМ-300: Диаметр корпуса, мм Общая высота, мм Масса, кг

СМ-150 159 610 15,6

СМ-300 325 1123 83,9

Ресиверы жидкого аммиака предназначены для разгрузки от него конденсаторов, а также для создания запаса аммиака в системе, что обеспечивает длительную и надежную работу замораживающей станции. Регулирующая станция состоит из запорного и регулирующего вентилей и служит для дросселирования (снижения давления) жидкого аммиака, плавного регулирования его количества, подаваемого в испаритель. Промежуточные сосуды, применяемые в установках двух и трехступенчатого сжатия, предназначены для охлаждения перегретого пара аммиака, поступающего из компрессора предыдущей ступени, и охлаждения перед регулирующим вентилем жидкого аммиака, направляемого в испаритель. Промежуточные сосуды имеют вид стального цилиндра диаметром 500...700 мм и высотой 2820...3250 мм, внутри которого вмонтирован змеевик для жидкого аммиака. После окончания работ по монтажу холодильного оборудования производят обкатку и опробование компрессоров под нагрузкой, осмотр всех узлов 242

и аппаратов системы, мест соединения ее элементов, продувку сжатым воздухом при давлении 0,5...0,6 МПа. Пробное испытание всасывающей линии хладагента производят сжатым воздухом при давлении 1,2 МПа, а нагнетательной линии – при давлении 1,8 МПа. Наличие утечек воздуха определяют обмыливанием возможных их мест. После устранения утечек аммиачную систему подвергают генеральному испытанию сжатым воздухом. Если при этих испытаниях будут получены положительные результаты, составляют акт о готовности системы к заполнению аммиаком. Затем промывают цилиндры, клапаны и грязеуловители, из системы отсасывают до вакуума воздух и заполняют ее аммиаком. Количество аммиака, необходимое для заполнения отдельных узлов и аппаратов системы, определяют с учетом их вместимости и следующих норм заполнения, %; Испарители для охлаждения рассола Конденсаторы Ресиверы Переохладители Промежуточные сосуды Трубопроводы жидкостные

80 15 80 100 30 100

При строительстве горных выработок с искусственным замораживанием горных пород в условиях плотной городской застройки целесообразно применять весьма удобные в эксплуатации передвижные мобильные замораживающие станции типа ПХС-100. Техническая характеристика станции ПХС-100 Хладагент Компрессор Хладопроизводительность, Вт, при: tи = –20°С и tк = +35°С tи = –40°С и tк = +35°С Общая установленная мощность электродвигателей, кВт Масса передвижной станции, т

Фреон П-220 394000 116000 210 2,8

Примечание. tи – температура испарения; tк – температура конденсации.

Рассольная сеть – комплекс трубопроводов и замораживающих колонок, по которым циркулирует рассол при замораживании пород. Она (рис. 12.21) состоит из магистральных трубопроводов прямой подачи 3, распределителя 4, замораживающих колонок 5, коллектора 6, магистральных трубопроводов обратной подачи 7. Сеть после монтажа испытывают на гидравлическое давление не менее 1,5 МПа. Магистральные трубопроводы прямой и обратной подачи рассола, а также кольцевые трубопроводы распределителя и коллектора монтируют из металлических бесшовных труб диаметром 100-200 мм, соединяемых между собой при помощи фланцев или сварки. При длине магистральных трубопроводов свыше 100 м в них устраивают компенсаторы длины сальникового типа. Распределитель и коллектор изготовляют в виде 243

Рис. 12.21. Рассольная сеть

Рис. 12.22. Замораживающая колонка: 1 – замораживающая труба; 2 – башмак; 3 – крышка (оголовник); 4 – питающая труба; 5 – отводящая труба; 6 – водомер; 7 – запорный кран; 8 – коллектор; 9 – термометр; 10 – распределитель

244

незамкнутых колец. Такая схема монтажа трубопроводов обеспечивает равномерность подачи рассола во все замораживающие колонки. Последние предназначены для подачи холода к породе. Каждая колонка (рис. 12.22) состоит из колонны стальных цельнотянутых труб диаметром 100-150 мм, башмака, крышки (оголовника), питающей трубы диаметром 25-50 мм, нижний конец которой не должен доходить до дна замораживающей колонки на 0,5-1 м, и отводящий трубы. Замораживающую колонку перед опусканием в скважину проверяют на герметичность, а каждый ее стык – на давление не менее 2,5 МПа в течение 5 мин. Перед включением в сеть колонку подвергают повторному испытанию с той целью, чтобы не было утечек рассола. В противном случае порода, соприкасающаяся с рассолом, останется незамороженной. Рассольную сеть после окончания работ по монтажу также испытывают на гидравлическое давление не менее 1,5 МПа. Рассол циркулирует по следующей схеме. Охлажденный в испарителе 1 (см. рис. 12.21), он перекачивается насосом 2 по рассолопроводу 3 в кольцевой распределитель 4, смонтированный вокруг устья ствола, откуда он поступает в замораживающие колонки 5 по внутренней трубе. Рассол, опустившись до дна замора-

живающей колонки, по кольцевому зазору между внутренней и наружной трубой поднимается в коллектор 6, а затем по обратному рассолопроводу 7 возвращается в испаритель 1. Температуру рассола контролируют термометрами и термопарами не только в питающих и отводящих трубах, но и в межтрубном пространстве колонок. При монтаже рассольной сети много внимания уделяют теплоизоляции системы. Магистральные трубопроводы укладывают в траншеи глубиной 1-1,5 м. Трубы изолируют рубероидом, засыпают сухими опилками, затем на слое опилок делают дощатый настил и засыпают землей. В месте, где должен проходиться шахтный ствол, вначале сооружают кольцевую выработку – форшахту-галерею (рис. 12.23). Галерея предназначена для размещения распределительного и коллекторного колец с запорной арматурой, благодаря чему создается возможность постоянного контроля за питанием замораживающих колонок рассолом, а также для укрепления направляющих труб (кондукторов), предупреждающих отклонения замораживающих скважин от вертикального положения при производстве буровых работ. Благодаря размещению распределительного и коллекторного колец и арматуры в галерее они также надежно защищены от повреждений при проходческих работах. Размеры галереи: ширина 2-2,4 м, высота 1,7-2,5 м. Перекрытие галереи делают из двойной дощатой обшивки с засыпкой опилками. Крепь галереи возводят из кирпича, бетона или железобетона. В качестве внутренней стенки галереи используют крепь ствола.

Рис. 12.23. Форшахта-галерея для оснащения ствола замораживающими колонками: 1 – распределитель; 2 – коллектор; 3 – запорная арматура; 4 – замораживающая труба; 5 – дощатое перекрытие; 6 – монолитная бетонная крепь галереи

245

12.7. Оснащение для проходки с тампонированием горных пород Сущность тампонирования (тампонажа) заключается в том, что в пробуренные скважины нагнетают растворы под большим давлением, в результате чего из трещин и пор вытесняется вода, раствор затвердевает, и породы становятся монолитными, водонепроницаемыми, приток воды в забой ствола уменьшается и представляется возможным проходить стволы обычным способом. Тампонаж в основном применяется по крепким трещиноватым обводненным породам. В зависимости от основного составляющего тампонажного материала различают цементацию, глинизацию, битумизацию, химизацию, силикатизацию и комплексный метод тампонажа. Различают два способа тампонажа пород при строительстве стволов: предварительный – до проходки ствола, и последующий – после проходки с целью водоподавления, упрочнения вмещающих пород, а также заполнения закрепных пустот и трещин. Предварительный тампонаж пород осуществляется с поверхности или из забоя ствола. Тампонаж с поверхности может быть выполнен до начала проходки ствола или параллельно с проходкой его по слабообводненным породам. Для бурения скважин в этих случаях применяют более производительное буровое оборудование. Однако при этом способе труднее установить все водопроводящие трещины, чем при тампонаже из забоя ствола. Основной недостаток тампонажа пород из забоя – увеличение сроков строительства ствола, так как на время тампонажа приостанавливается проходка. Основное оборудование для тампонажа горных пород – буровое, насосы для нагнетания растворов, растворомешалки, комплекс механизмов для цементации скважин, различные измерительные приборы, инъекторы, запорная арматура. Для вращательного бурения цементационных скважин с поверхности используют буровые станки ЗИФ-300м, ЗИФ-650м, ЗИФ-1200А, а также самоходные буровые станки УРБ-3АМ (рис. 12.15) и УРБ-2А. Буровые наконечники – твердосплавные и дробовые коронки. В последнее время для тампонажа горных пород с поверхности применяется комплекс марки КЦП, состоящий из серийного самоходного оборудования, используемого в нефтяной промышленности (рис. 12.24). Модернизированный комплекс для цементации с поверхности КЦП-2м состоит из буровой установки УРБ-3АМ (СБУ-300 м или ЗИФ-1200А), цементировочного агрегата ЦА-320, смесительной машины 2СМН-20 или автоматизированного склада цемента со смесительным устройством ЗАС-30 и арматуры высокого давления. Смесительная машина заполняется цементом непосредственно с автоцементовозов грузоподъемностью 7-24 т с помощью пневматической разгрузки. 246

247

Рис 12.24. Комплекс оборудования КЦП-2м: 1 – буровая установка; 2 – цементировочный агрегат ЦА-320; 3 – смесительная машина 2СМН-20; 4 – универсальная цементировочная головка

Техническая характеристика комплекса КЦП Тип буровой установки Глубина бурения, м Диаметр скважин, мм: начальный конечный Полная масса буровой установки, т Тип смесительной машины Вместимость бункера, т Производительность смесительной машины, м3/мин Масса смесительной машины с автомобилем, т Тип цементировочного агрегата Тип основного насоса Производительность насоса, м3/с Напор насоса, МПа Масса ЦА-320м, т

УРБ-3АМ 500

ЗИФ-650 650

248 200 76 76 13,6 3,7 2СМ или 2СМН-20 20

ЗИФ-1200А 1200 220 91 7,6

0,6-2 13,84 ЦА-320 м 9Т 8-22.8 До 40 17

Для цементации горных пород из забоя ствола применяется комплекс оборудования КЦЗ-2м (рис. 12.25), который состоит из буровой установки, насоса, запорной арматуры, цементировочной головки и гибкого шланга.

Рис. 12.25. Комплекс КЦЗ-2м: 1 – буровая установка УБС-2м; 2 – бадья; 3 – шланг; 4 – тампонажная головка; 5 – насос НГР-250/50

248

Буровая установка УБС-2м (рис. 12.26), включающая станок НКР-100 м, обеспечивает бурение скважин в крепких породах диаметром до 145 мм, глубиной до 40 м; необходимое давление сжатого воздуха 0,5-0,8 МПа, производительность установки при бурении по породам с f = 8-16 составляет 3-7 м/ч. Основные размеры установки, мм: диаметр в плане – 940, высота – 2800. Масса установки – 1,39 т. Входящий в комплекс КЦЗ-2м насос НГР-250/50 при бурении скважин подает воду к станку НКР100 м, при тампонаже нагнетает в скважину раствор. Производительность насоса 15 м3/ч, напор – 5 МПа. Запорная арматура предназначена для герметизации скважин при их бурении и нагнетании тампонажного раствора. Она состоит из кондуктора, проходного крана и сальника. Во время нагнетания на кондуктор устанавливают тампонажные головки. Кроме комплексного оборудования для тампонажных работ может применяться индивидуальное. Так, для бурения скважин с поверхности используют буровые станки вращательного действия типа КА-2м-300, КАМ-500, турбобуровые установки. Рис. 12.26. Буровая установка УБС-2м: 1 – станина; 2 – строп; 3 – станок НКР-100м; Для бурения скважин из забоя ство4 – стакан; 5 – лестница; 6 – предохранила могут применяться тяжелые бутельный шток; 7 – хомут рильные машины типа КС-50. На базе установки БУКС-1м была разработана установка БУКС-1мц для бурения цементационных и дегазационных скважин из забоя стволов, проходимых комплексами КС-2у/40 и 2КС-2у/40. Установка подвешена к тельферу погрузочной машины. Ею можно бурить 1-2 скважины на глубину до 50 м. Буровая головка типаБГА-1, шаг ее подачи 4 м. БУКС-1мц обслуживают 2-3 проходчика. Практика показывает, что применение установки БУКС-1мц позволяет повысить техническую скорость бурения цементационных скважин по сравнению со станком НКР-100М в 1,5-1,9 раза. 249

Кроме насосов, которые входят в комплексы оборудования, могут применяться поршневые или плунжерные типов ЗИФ-200/40, НЦП-2, НГ-3 и др. Учитывая, что раствор обладает истирающими свойствами и способен затвердевать, насосы должны быть снабжены распределительными устройствами с шаровыми клапанами. Растворы могут приготовляться на поверхности в растворомешалках. На рис. 12.27 показана растворомешалка емкостью 1,5 м3 конструкции ВНИИОМШСа. Корпусом растворомешалки является горнопроходческая бадья БП-1,5. На вертикальном валу 1 приварены лопатки 2. Вертикальный вал приводится во вращательное движение пневмодвигателем от сверла СР. Цементационный раствор из растворомешалки через штуцер всасывается насосом и через трубопровод нагнетается в скважину. В промышленных условиях растворомешалку перевозят на тележке от вагонетки УВГ-1,6. При тампонаже из забоя растворы подаются в ствол в бадьях или по металлическим трубам.

Рис. 12.27. Растворомешалка 250

Для последующего тампонажа при высоконапорных подземных водах применяются комплексы оборудования КЦ-П, КЦ-2п, КЦ-3п (рис. 12.28).

Рис. 12.28. Комплекс оборудования КЦ-3п: 1 – растворопровод; 2 – бадья; 3 – насос НГР-250/50; 4 – воронка для заливки жидкого стекла; 5 – двухдюймовый кран; 6 – пробковый кран; 7 – кондуктор; 8 – крепь ствола; 9 – смеситель жидкого стекла; 10 – полок

При цементации скважины в верхней части оборудуются кондукторами (направляющими трубами), предназначенными для направленного бурения и подсоединения тампонажных головок. Кондукторы выступают над скважиной на 0,4-0,6 м и заделываются в породы при тампонаже с поверхности на глубину 6-10 м, а при тампонаже из забоя – на толщину тампонажной подушки или породного целика. Кондуктор закрепляется в скважине цементным раствором или уплотняющими устройствами. Для битумизации горных пород применяют комплекс оборудования БО-1, состоящий из емкости с электронагревателями для битума, насосного агрегата и инъекторов. Комплекс смонтирован на платформе на рельсовом ходу. При битумизации из забоя ствола оборудование снимается с платформы и монтируется в забое. Горячий битум подают в ствол в термосах. Битумизационные скважины оборудуют инъекторами, состоящими из оголовника и электронагревателя. Оголовник представляет собой сварную конструкцию из стальных труб с фланцами. Электронагреватель состоит из сердечника, на котором нанизаны по всей его длине изоляторы. Количество тепла, выделяемое электронагревателем, регулируют напряжением электрического тока (11-55 В) с помощью трансформаторов. При выборе оборудования учитывают способ тампонирования горных пород, способ нагнетания растворов, физико-механические свойства пород, в которых закрепляют кондукторы или инъекторы, объем работ и экономические показатели. При больших объемах тампонажных работ необходимо выбирать наиболее высокопроизводительное и экономичное оборудование. 251

В ПО "Спецтампонажгеология" разработан и успешно применяется с 1970 г. комплексный метод предварительного тампонажа горных пород, являющийся одним из самых прогрессивных решений борьбы с притоками воды при проходке глубоких стволов шахт. Рассмотрим необходимое оснащение для проходки ствола с предварительным тампонажем по комплексному методу. В целом оборудование для бурения тампонажных скважин не отличается от общепринятого для остальных способов тампонажных работ. Тампонажные скважины бурят комплектом бурового оборудования, применяемого при колонковом бурении разведочных и технических скважин с поверхности. В зависимости от проектной глубины скважин применяют буровые станки ЗИФ-1200А и ЗИФ-650 или их модификации в комплекте с буровой вышкой ВР-23 и насосом НГР или самоходные буровые установки СБА-500, УРБ-3АМ и УРБ-2А. С учетом специфических особенностей свойств глинистых и глино-цементных растворов, используемых в комплексном методе тампонажа, было разработано оборудование для их приготовления. Оно состоит из двух независимых технологических комплексов, предназначенных для приготовления глинистого раствора и приготовления и нагнетания глино-цементного тампонажного раствора под давлением. Технологический комплекс по приготовлению глинистых растворов (рис. 12.29) включает: склад глины, оборудованный механическим погрузчиком для ее загрузки в глиномешалку I; глиностанцию с оборудованием, предназначенным для приготовления глинистого раствора из комовой глины II; емкость для воды и приготовленного глинистого раствора III. Глиномешалки загружают механическим погрузчиком, сконструированным на базе тельфера 2 грузоподъемностью 3 т и пневматического грейфера КС-3 вместимостью 0,22 м3 1 в комплекте с компрессором ЗИФ-ШВКС-56 6. Механический погрузчик используют в сочетании с кран-балкой пролетом 14 м.

Рис. 12.29. Комплекс оборудования для приготовления глинистых растворов 252

Глинистый раствор приготовляют с помощью фрезерно-струйных мельниц 3 производительностью 30 м3/ч с последующей доводкой раствора до необходимой степени диспергации с помощью дезинтеграторов типа ДС-1 4, представляющих собой центробежный смеситель. Комплекс оборудования для приготовления глинистого раствора сгруппирован в две практически независимые технологические линии. В каждую линию входит фрезерно-струйная мельница ФСМ-7 или ФСМ-9, три взаимозаменяемых при работе шламовых насоса ШН-240/40 5 с подачей 200 м3/ч, дезинтегратор ДС-1 с подачей 30 м3/ч, промежуточная емкость вместимостью 10 м3, аппаратура управления. С помощью механического погрузчика комковую глину загружают в бункер-воронку глиномешалки, в которую одновременно насосом ШН240/40 подают воду из предварительно залитой промежуточной емкости. Полуготовый глинистый раствор перекачивают из промежуточной емкости и обратно через непрерывно загружаемую глиномешалку до получения раствора с заданной удельной массой. После этого с помощью того же насоса ШН240/40 и дезинтегратора ДС-1 готовый раствор перекачивают в общий бункер-накопитель. Погрузчиком, насосами и глиномешалками управляют с дистанционного пульта, расположенного в кабине. Все оборудование размещено в сборноразборных помещениях, состоящих из металлического каркаса и щитовых панелей. При одновременной работе двух глиномешалок, обслуживаемых бригадой в два человека, их суммарная производительность достигает 30 м3/ч. Глино-цементные тампонажные растворы приготовляют непосредственно в процессе производства тампонажных работ (рис. 12.30). Глинистый раствор из бункера-накопителя 1 насосом 9Мгр 2 подается в гидромешалку цементосмесительной машины 2СМН-20 (3), где в него вводится цемент, количество которого регулируется числом оборотов двигателя машины. Непрерывно приготовляемая смесь глинистого раствора с цементом сливается в специально установленную емкость 4, и через соответствующие воронки 5 всасывается насосом цементировочного агрегата 7. Добавки жидкого стекла в смесь глинистого раствора с цементом из специальной емкости 6 насосом вводятся в небольшом количестве непосредственно в коллектор насоса агрегата ЦА-320М. Не успевая прореагировать с жидким стеклом, раствор легко всасывается насосом и нагнетается в манифольдную линию, где и происходит его полное перемешивание. Жидкое стекло поступает в тампонажный раствор через специальный инъекРис. 12.30. Оборудование для приготовления тор, врезанный во всасыглино-цементного тампонажного раствора вающий коллектор насоса. 253

К инъектору жидкое стекло подается шестеренчатым насосом (рис. 12.31). Рабочий орган насоса 1 погружается в жидкое стекло с таким расчетом, чтобы соединенный с ним жестким валом 2 электродвигатель 3 оставался над емкостью. При работе насоса жидкое стекло через мерный колпак 4 по трубопроводам 5 поступает к инъектору 6 во всасывающем коллекторе насоса. Дозирование жидкого стекла осуществляется трехходовым краном 7. Приготовление тампонажного раствора совмещается с нагнетанием раствора. Эти операции являются наиболее ответственными при производстве изоляционных работ. Эти процессы осуществляются с использованием следующего комплекта тампонажного оборудования: двух Рис. 12.31. Схема насоса цементосмесительных машин 2СМН-20, двух цедля подачи жидкого стекла ментирующих агрегатов ЦА-320М или 3ЦА-400 и станции контроля цементирования СКЦ-2М с манифольдньм блоком 2БМ700. Кроме того, в технологический комплекс входят два насоса 9Мгр и два шестеренчатых насоса для инъекции жидкого стекла. Контролируют процесс тампонажа с помощью автоматической станции контроля СКЦ-2М, которая непрерывно регистрирует качество нагнетаемого тампонажного раствора, его расход и давление нагнетания. Все три параметра автоматически записываются на диаграммную ленту.

Рис. 12.32. Схема оснащения поверхности тампонажным оборудованием: 1 – цементационный агрегат; 2 – резервуар для хранения цементного раствора; 3 – смесительная установка; 4 – насосная установка для нагнетания глинисто-цементного раствора; 5 – насос для подачи жидкого стекла; 6 – бак для хранения жидкого стекла; 7 – манифольдный блок; 8 – лабораторная станция; 9 – бункер-накопитель для глинистого раствора

254

В состав тампонажного оборудования, предназначенного для приготовления и нагнетания тампонажного раствора, входит насос 9Мгр, который подает глинистый раствор в гидромешалку цементосмесительной машины 2СМН-20, где в него вводится сухой цемент (рис. 12.32). Готовый глиноцементный раствор из глиномешалки поступает в промежуточную емкость, откуда синхронно с работой цементосмесительной машины нагнетается в скважину цементировочным агрегатом. Одновременно с нагнетанием глиноцементного раствора шестеренчатым насосом во всасывающий коллектор насоса цементировочного агрегата вводят жидкое стекло. Готовый тампонажный раствор после введения в него жидкого стекла цементировочным агрегатом через манифольдный блок станции контроля тампонажа СКЦ-2М нагнетается в скважину. Техническая характеристика тампонажного оборудования Транспортная грузоподъемность смесительной машины 2СМН-20, смонтированной на шасси автомобиля КрАЗ-257, т Вместимость бункера (по сухому цементу), т Производительность машины, м3/мин, при приготовлении растворов: цементного. глино-цементного Удельная масса приготовляемого раствора, кг/м3: цементного глино-цементного Давление жидкости в линии к смесителю, МПа Смесительное устройство Привод смесительного устройства Подача загрузочного шнека, т/ч Общая масса, кг

8-9 20

0,6-1,2 0,2-0,6 1700-2100 1200-1500 0,8-2,5 Вакуумно-гидравлическое От двигателя автомобиля 12-15 13840

Цементировочный агрегат ЦК-320М смонтирован на грузовом автомобиле КрАЗ-257 грузоподъемностью 12 т. На раме шасси автомобиля и двух дополнительных рамах смонтировано следующее оборудование: поршневой насос КМ-9Т, трехплунжерный вертикальный насос 1В, двигатель ГАЗ-51 с коробкой передач для привода насоса 1В, замерный бак, защитный кожух насоса КМ-9Т, цементомешалка, выхлопная труба двигателя автомобиля, выведенная вверх и имеющая кожух для защиты обслуживающего персонала от ожогов. Поршневой насос КМ-9Т приводится в действие двигателем автомобиля через коробку отбора мощности, смонтированную на фланце раздаточной коробки автомобиля. Насос КМ-9Т соединен с коробкой отбора мощностей карданным валом. 255

Техническая характеристика агрегата ЦА-320М Грузоподъемность автомашины КрАЗ-257, т 12 Двигатель автомобиля: тип ЯАЗ-206А развиваемая мощность, Вт 180 Поршневой насос: тип КМ-9Т ход поршня насоса, мм 250 передаточное число 20,5 Двигатель для привода водяного насоса: тип ГАЗ-51 частота вращения, об/мин 2800 развиваемая мощность, Вт 70 максимальный вращающий момент, Н⋅м 205 Водяной насос: тип 1В число ходов в мин 140 потребляемая мощность, Вт. 35 ход плунжера, мм 170 передаточное число зубчатой передачи 1 : 3,88 подача, л/мин .......... 250 максимальное давление, МПа 1,5 частота вращения трансмиссионного вала, об/мин 545 частота вращения двигателя, об/мин 1700 передаточное число включенной передачи 3,09 привод. От двигателя ГАЗ-51 через коробку скоростей и цепную муфту Вместимость замерного бака, м3 6,4 Основные размеры агрегата, мм: длина 10 425 ширина 2 650 высота 3 225 Насос 9Мгр: подача, л/мин 300-1000 частота вращения приводного вала, об/мин 420; 280 мощность электродвигателя, кВт 100 основные размеры, мм: длина 2600 ширина 1000 высота 1700 масса без привода, кг 2700

Станция контроля процесса цементирования СКЦ-2М состоит из самоходной лаборатории и самоходного блока манифольда 2БМ-700, смонтированного на шасси автомобиля ЗИЛ-131, на платформе которого расположены нагнетательная и приемные линии. В нагнетательную линию вмонтированы датчик давления и аппаратура измерения расхода и плотности раствора. Самоходная лаборатория оборудована на шасси автомобиля КАВЗ-661, в салоне которого размещены регистрирующая и вспомогательная аппаратура, автономная электростанция, соединительные кабели, выносные блоки связи и указатели плотности, расхода, давления нагнетенного раствора. 256

Техническая характеристика лаборатории Диапазон измерения раствора: давление, МПа мгновенный расход, л/с плотность, кг/м3 Вместимость счетчика объема, м3 Основная приведенная погрешность измерения, % : давления мгновенного расхода суммарного расхода (относительная погрешность) плотности (от диапазона измерения 1000 кг/м3) Потребляемая мощность, кВт

0-400 0-10 1000-2000 9999 +2,5 +2,5 +2,5 +3,0 0,8

Контрольные вопросы 1. Понятие устья и технологического отхода ствола. 2. Схемы оснащения для проходки устьев и технологических отходов. Область применения схем. 3. Оснащение устья комплексом НПУ. Оборудование, входящее в комплекс. 4. Область применения и состав комплекса проходческого оборудования НПУ-2. 5. Комплексы оборудования для проходки устьев и технологических отходов КПШ, "Темп", КС-14. Их отличительные особенности и область применения. 6. Сущность и область применения способа проходки устьев с применением опускной крепи. 7. Конструкции опускных крепей. Способы увеличения вертикальной нагрузки на крепи и уменьшения бокового трения. 8. Проходческое оборудование, используемое для проходки устьев с опускной крепью. 9. Особенности конструкции опускной крепи в "тиксотропной рубашке". 10. Сущность кессонного способа проходки. Оснащение для проходки сооружений под сжатым воздухом. 11. Сущность и область применения проходки стволов с предварительным замораживанием горных пород. 12. Оборудование, используемое для бурения замораживающих скважин. 13. Состав оборудования замораживающей станции. Назначение, конструкции и принцип действия компрессоров, конденсаторов, испарителей, маслоотделителей. 14. Рассольная сеть, назначение и конструкция замораживающих колонок. 15. Назначение и конструкция форшахты-галереи. 16. Сущность, область применения и способы тапмонажа горных пород. Состав комплексов оборудования для предварительного и последующего тампонажа. 17. Оснащение для проходки с применением комплексного метода тампонажа.

257

ГЛАВА 13. ОСНАЩЕНИЕ СТВОЛОВ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ 13.1. Общие положения После проходки вертикального ствола на проектную глубину, окончания работ по сбойке стволов и сооружения технологического отхода на будущем горизонте, шахтостроители приступают к следующему этапу строительства ствола – армированию. Армировка ствола – совокупность конструкций расстрелов и проводников, обеспечивающих направленное движение подъемных сосудов, а также конструкций для крепления трубопроводов, кабелей и лестничного отделения. Армировка служит для безопасного движения подъемных сосудов (клетей, скипов) по вертикальному стволу, монтажа соответствующих коммуникаций (трубопроводов, кабелей и др.) и устройства ходового (лестничного) отделения. Армировка может быть жесткой или эластичной (канатной). Жесткая армировка состоит из расстрелов, концы которых заделываются в крепь ствола или крепят анкерами к стенкам ствола, и проводников, закрепляемых на расстрелах. Эластичная (канатная) армировка состоит из канатных проводников, металлоконструкций и устройств для крепления их в зумпфе и на подшкивной площадке. Элементы лестничных отделений и трубопроводы различного назначения независимо от типа армировки крепят к расстрелам и крепи ствола. Кабели навешивают на специальные кронштейны, заделываемые в крепь ствола. Процесс монтажа армировки называется армированием ствола. Под оснащением стволов для армирования понимают комплекс стволового оборудования, зданий и сооружений производственно-технологического, вспомогательного и санитарно-бытового назначения, инженерные коммуникации и оборудование на поверхности, обеспечивающие армирование вертикальных стволов с технической скоростью не ниже норм согласно СНиП 3.02.03-84. В состав проекта оснащения включают: схему армирования ствола; серийное и нестандартизированное оборудование в стволе и на поверхности; технические решения и рабочую документацию по переоборудованию копрового комплекса и подвесного полка при использовании комплекса от проходки ствола; решение вопросов по проветриванию, водоотливу, снабжению сжатым воздухом и водой, освещению, сигнализации, маркшейдерскому обслуживанию, организации армирования башенных копров, зумпфовой части ствола и сопряжений с выработками околоствольного двора, по монтажу трубопроводов и прокладке кабелей, расположению и использованию проходческих лебедок, тельферной дороги для подачи элементов армировки. 258

Проект оснащения ствола для армирования, как правило, должен предусматривать: максимальное использование оборудования в стволе и на поверхности, запроектированное для проходки стволов; не менее двух подъемных машин; минимальный объем подготовительных работ в стволе и на поверхности; механизированное бурение лунок и заделку расстрелов; пропуск одной из двух бадей в зумпфовую часть ствола; спуск проводников и расстрелов на прицепных устройствах бадьевых подъемов с перецепкой их на маневровые канаты соответсвующих разделов армируемого ствола; установку расстрелов и навеску жестких проводников со скоростью не менее 300 м/мес., прокладку трубопроводов – не менее 2000 м/мес.; навеску кабелей – 7000 м/мес. (в одну нитку); устройство лестничного отделения; монтаж конструкций, балок под опорные стулья и компенсаторы трубопроводов, кронштейнов для крепления кабелей, посадочных балок и рам под подъемные сосуды, рудничных станков, балок под кулаки противопожарных ляд; а также отделения для направления хвостовых и крепления тормозных канатов и др. 13.2. Оборудование, приспособления и инструменты для армирования ствола При оснащении вертикальных стволов шахт проходческое оборудование должно быть выбрано и расположено таким образом, чтобы оно могло быть использовано и на период их армирования. Для этого необходимо учитывать следующее: бадьи в стволе размещать так, чтобы они не мешали установке расстрелов; на подшкивной площадке предусматривать место для перестановки или размещения дополнительных шкивов; на нулевой раме иметь проемы, размеры которых были бы достаточны для спуска элементов армировки; подвесной двухэтажный полок изготовлять с таким расчетом, чтобы прицепное устройство не мешало установке расстрелов. Для ведения работ по армированию в стволе необходимо разместить: бадьи, подвесной полок, канаты, люльки, спасательную лестницу, трубопроводы, устройства для бурения лунок или шпуров под анкера, отвесы. Оборудование подъема

На период армирования для спуска и подъема людей, а также материалов применяются подъемные машины, которые были установлены для проходки стволов, и используются как одноконцевые. Как правило, при армировании вертикальных стволов используют два бадьевых подъема. При этом необходимо предусматривать возможность 259

пропуска одной бадьи в зумпфовую часть ствола для обслуживания водоотлива, обеспечения запасного выхода (при наличии сбойки с соседними стволами), осмотра ствола ниже подвесного полка или люлек. Самоопрокидывающиеся бадьи большой и средней вместимости, использовавшиеся при проходке ствола, при армировании заменяются на бадьи типа БП-1, БП-1,5 и БП-2. Бадьи размещают в стволе таким образом, чтобы они не мешали установке расстрелов, а их направляющие канаты – перемещению бурильной машины при выбуривании лунок. Направляющие канаты для одной бадьи крепят к подвесному армировочному полку, а для другой бадьи – в зумпфе к специальной балке, закрепленной в крепи ствола, с учетом возможности использования этой бадьи для целей водоотлива. Используемые направляющие рамки имеют облегченную конструкцию и изготавливаются по чертежам проектных организаций. Зазоры между направляющей рамкой бадьи и расстрелами должны быть не менее 350 мм в плоскости, перпендикулярной расстрелам. Канаты

При армировании используют канаты: подъемные, направляющие для бадей; подвески полков, люлек, спасательной лестницы, отвесов и маневровые. В качестве подъемных канатов необходимо использовать оцинкованные канаты группы ЖС, закрытой конструкции и малокрутящиеся. Канаты в процессе эксплуатации вытягиваются за счет структурного уплотнения их сечения и других факторов. По этой причине канаты перед навеской необходимо подвергать предварительной вытяжке с растягивающим усилием 0,5-0,7 Рс (Рс – суммарное разрывное усилие). В качестве проводниковых канатов применяют однослойные круглопрядные с органическим сердечником, а также многопрядные канаты, имеющие наружные проволоки диаметром не менее 1,5 мм. Проводниковые канаты бадей используют для подвески люлек. В табл. 13.1. приведены канаты, рекомендуемые к использованию при армировании вертикальных стволов шахт и рудников. Подвесные полки

Проектирование и разработку рабочей документации подвесного полка для армирования вертикальных стволов необходимо вести на основании технических требований на подвесной полок, в которых должны найти отражение: назначение и область применения, основание для разработки; исходные параметры; основные и дополнительные требования к конструкции, требования к электрооборудованию и к ведению работ по армированию ствола. При оснащении для армирования ствола, как правило, предусматривают использование подвесного проходческого полка, который проектируют с учетом возможности его применения после соответствующего переоборудования в качестве армировочного полка. В связи с этим прокладка по стволу труб вентиляции, перекачного водоотлива, сжатого воздуха и конструкции 260

Таблица 13.1 Канаты, рекомендуемые при армировании вертикальных стволов Назначение канатов Подъемные Для подвески полка и люлек

Направляющие бадей

Группы

Тип прядей

ГОСТы

Закрытые, многопрядные, малокрутящиеся

Спиральный, ЛК-РО

10506-76 16828-81

ЛК-РО

16827-81 7668-80

ЛК-РО ЛК-З, ЛК-РО ЛК-О

7668-80 7665-80 ТУ14-4-1158-81 ТУ14-4-1136-81

Многопрядные, шестипрядные, крестовой свивки Многопрядные, шестипрядные, закрытые с омегообразной проволокой

Для подвески бадей

Закрытые, многопрядные, малокрутящиеся

Спиральный, ЛК-РО

10506-76 16828-81

Для подвески спасательной лестницы

Многопрядные, закрытые

ЛК-РО, спиральный

16828-81 10506-76

Маневровые

Многопрядные, крестовой свивки

ЛК-РО

16828-71 7668-80

Примечание

Заказывать один канат левой свивки, второй – правой Диаметр наружных проволок – не менее 1,5 мм

261

для поддержания труб выполняются так, чтобы они не мешали после проходки ствола поднять полок. Сам полок должно иметь в нужных местах соответствующие вырезы. При переоборудовании подвесного проходческого полка под армировочный выполняют следующие работы: − демонтируют раструбы; − закрывают наглухо все ненужные проемы; − демонтируют на полке проходческое оборудование; − прицепное устройство переносят под верхнее перекрытие полка (при необходимости); − оборудуют обслуживающую площадку под установку для бурения лунок (при необходимости); − монтируют установку для бурения лунок; − монтируют третий (верхний) этаж-надстройку (при необходимости); − закрепляют направляющие канаты бадьи. При необходимости пропуска бадьи через полок для обслуживания водоотлива этажи полка оборудуют раструбами, а при использовании установки для бурения лунок – лядами. Иногда используют подвесные полки, изготовленные специально для армирования вертикальных стволов. Применяют следующие армировочные полки: двухэтажные с расстоянием между этажами, равным шагу армировки – при разделке лунок вручную и больше шага армировки – при механизированной разделке лунок; двухэтажные с этажом-надстройкой и трехэтажные. Проект подвесного полка, предназначенного только для армирования вертикального ствола, должен учитывать следующие технические требования: − бурение лунок предусматривать с нижнего этажа с помощью установок БАС-1М или СБЛ; − верхний этаж полка использовать для установки расстрелов; − зазор между крепью ствола и полком – 120 мм; − при армировании вертикальных стволов, которые используют для подачи свежего воздуха или выдачи исходящей струи воздуха, настил армировочного полка предусматривать из просечно-вытяжной стали; − проемы в полке оборудовать лядами, открывающимися при помощи ручных лебедок; − "выход и посадку" людей предусматривать на верхнем этаже; − на верхнем этаже располагать пульт сигнализации и связи; − на нижнем этаже в нейтральной зоне работы бурильного станка располагать гидростанцию; − для распора полка на каждом этаже предусматривать четыре ручных домкрата; − на трехэтажном армировочном полке гидростанцию располагать на среднем этаже, а пульт сигнализации и связи – на верхнем; 262

−

−

−

−

металлоконструкции армировочных полков должны изготовлять и поставлять на промплощадку укрупненными блоками (секциями), максимальные габариты которых при сборке должны позволять спуск и выдачу через проемы нулевой рамы, учитывая условия технической возможности завода-изготовителя и транспортировку их к месту сборки; количество крепежных деталей должно быть минимальным и обеспечивать надежность в работе; прокладку кабелей по этажам необходимо производить в специальных металлических рукавах, которые крепятся к настилу этажей при помощи планок и болтов; междуэтажную прокладку кабелей необходимо вести внутри периферийных стоек, а под этажами – при помощи крюков.

Электрооборудование подвесных полков для армирования должно выполняться во взрывоопасном исполнении и состоять из четырех систем: освещения, стволовой сигнализации, телефонизации и газовой защиты. Щит освещения устанавливают на нижнем этаже полка. Для освещения используют светильники "Проходка-2". При двухэтажном полке на верхнем этаже устанавливают три светильника, а на нижнем – два. Стволовая сигнализация предназначена для подачи звуковых сигналов от полковых рукоятчику (электрическая) и для подачи аварийного сигнала (тросовая). При использовании для армирования двух подъемных машин пульт сигнализации предусматривается для каждой. Телефонная связь предназначена для переговоров полкового с рукоятчиком. Для этой цели на пультах сигнализации устанавливают телефонный аппарат ТАШ-МБ с автономным питанием, а также аппаратуру громкоговорящей связи АП-КМ-У5 или "Вызов". Система газовой защиты осуществляет непрерывный контроль содержания метана. Датчик ДМТ-4 устанавливают под нижним этажом полка; а станцию аппаратуры контроля метана АС-3у – в копре. При достижении концентрации метана 1% автоматически отключается электроэнергия, подаваемая на полок. Подвесные люльки

Подвесная люлька представляет собой многоэтажную пространственную конструкцию (с системами электрооборудования и связи) и предназначена для размещения на ней проходчиков, оборудования, материалов и инструмента при армировании вертикальных стволов. Число этажей люльки, их конфигурации иразмеры зависят от диаметра ствола, расположения элементов армировки и технологической схемы армирования. Поэтому подвесные люльки являются оборудованием индивидуального изготовления для каждого конкретного ствола.

263

В настоящее время наиболее широко применяются люльки конструкции ЦНИИПодземмаша для монтажа проводников при армировании вертикальных стволов после монтажа расстрелов. Люльки (рис. 13.1) состоят из четырехэтажных блоков 1, у которых верхние этажи жестко соединены между собой. На площадках блоков с помощью цепей установлены отходные балконы 2 для монтажа проводников и трубопроводов. Подвеска люльки осуществляется посредством шкивов 3 на направляющих канатах бадей или на специальных канатах. Для перехода с одного блока на другой предусмотрены переходные мостики 4. Для безопасности работы над откидными балконами установлены предохранительные козырьки 5. Подъем балконов осуществляется ручными лебедками 6. Все этажи люльки соединены между собой лестницами 7. Для предотвращения раскачивания люльки на нижнем ее этаже установлены специальные башмаРис. 13.1. Подвесная люлька

ки 8.

Высота люльки обычно принимается равной длине проводника (или трубы). Расстояние между этажами должно соответствовать шагу армировки. Минимальная ширина люльки – 700 мм. По периметру этажей предусматривают ограждение высотой 1000 мм. Зазоры между проводниками и выступающими частями люльки должны быть 50-100 мм. Для навески проводников и монтажа трубопроводов с помощью одной люльки в нескольких отделениях ствола используют откидные или выдвижные балконы, которые поднимают и опускают с помощью ручных лебедок. Максимальная нагрузка на балкон – 0,5 кН. В случае приема людей из бадьи на балконы последние должны иметь возможность подниматься и опускаться без особых усилий со стороны проходчика, находящегося в бадье. Балкон в месте выхода людей из бадьи дол264

жен частично перекрывать бадью и иметь захваты для удержания бадьи от раскачивания. Конструкция люльки должна по возможности предусматривать приемку крепежных деталей армировки на всех этажах с бадьевого подъема. Люльки могут подвешиваться на специально предусмотренных канатах или на направляющих канатах бадей. В люльках, через этажи которых предусмотрен проход бадьи, должны быть проемы с лядами. При армировании стволов, оборудованных башенными копрами, конструкция люльки должна обеспечивать возможность ее использования для армирования копра. Подвесные люльки должны быть обеспечены стволовой сигнализацией, газовой защитой, телефонной и громкоговорящей связью, освещением. Стволовая сигнализация обеспечивает подачу кодовых звуковых сигналов с люльки рукоятчику. Освещение этажей люльки осуществляют при помощи светильников "Свет-4", напряжение питания которых – 127 В. Электрооборудование на люльке используют во взрывобезопасном исполнении. Оборудование для образования лунок

До последнего времени при армировании вертикальных стволов шахт разделку лунок для установки расстрелов осуществляют вручную с помощью отбойных молотков. Станок буровой армировочный БАС-1 предназначен для бурения лунок под расстрелы в бетонной крепи и породной стенке шахтных стволов диаметром 5,5-9м. Станок буровой БАС-1 (рис. 13.2) состоит: из пневмоударников 1, в передней части которых устанавливают коронки 2, армированные твердым сплавом; вращателя 3; механизма подачи 4; рамы 5, являющейся опорой бурильной установки; фиксатора 6; поворотной рамы 7 с дуговой направляющей 8; центральной опоры 9; механизма поворота 10, катка 11; захватов 12; гидросистемы 13 и пневмосистемы 14. Станок устанавливают на армировочном полке. Техническая характеристика БАС-1 Диаметр армируемого ствола, м Размеры поперечного сечения лунки, мм: за один проход за два прохода за три проход Ход подачи, мм Глубина бурения, мм Скорость бурения, см/мин: по бетону по породе Общая установленная мощность, кВт Средний расход свободного воздуха при давлении 0,5 МПа, м /мин

5,5 – 9 155×315 310×315 465×315 1500 800 80 – 100 30 – 40 16,9 30 265

Рис. 13.2. Станок БАС-1

Лунки под расстрелы могут пробуриваться также с помощью установки СБЛ конструкцииЦНИИПодземмаша или УБЛ-5 (рис. 13.3), разработанной Донгипрооргшахтостроем и трестом Донецкшахтопроходка. Долбление лунок вручную, а также доведение их до проектных размеров осуществляется отбойными молотками типа МО-8П, МО-9П, МО-10П с применением удлиненных пик. Бурение шпуров под анкеры, кабельные кронштейны и зажимные скобы производят ручными перфораторами. 266

Рис. 13.3. Установка для бурения лунок УБЛ-5: 1 – бурильная машина; 2 – распорная рама; 3 – верхний этаж подвесного полка; 4 – турель; 5 – пульт управления; 6 – подвесное устройство

При разделке лунок и других работах на этажах полка должны быть перекрыты зазоры между полком и крепью, а после окончания разделки лунок необходимо выдать на поверхность отбитый материал. После окончания всех работ по армированию ствола должна быть произведена очистка зумпфа. 267

Оборудование для бетонирования лунок

Наибольшие возможности получения высокопрочного бетонного камня в стесненном пространстве лунки дает способ замоноличивания ее цементнопесчаным раствором под давлением. Нагнетание цементно-песчаного раствора в лунки может производиться при помощи пневмонагнетателя или растворонасоса любого типа за инвентарную опалубку конструкции КузНИИшахтостроя. Опалубка состоит из двух металлических щитков, соединенных между собой при помощи разъемных шарниров. Для плотного прижатия опалубки к бетонной стенке применяют специальный распорно-клиновый механизм. К одному из щитков опалубки приваривают штуцер с краном для подачи раствора по высоконапорному шлангу. Имеется опыт использования экспериментальной машины типа БМС-5 конструкции ЦНИИПодземмаша и комплекса оборудования на базе машины БМ-60 для приготовления пневмобетона и заделки им лунок при помощи сжатого воздуха. Техническая характеристика бетоносмесительных машин приведена в табл. 13.2. Машина БМС-5 работает на сухой бетонной смеси, состоящей из цемента, щебня и песка. Смесь в машину загружают на поверхности, затем ее опускают на верхний этаж полка и с помощью сжатого воздуха направляют к соплу. Затворение бетонной смеси происходит на выходе из сопла. Вода с растворенным в ней ускорителем схватывания цемента находится в специальном резервуаре. Иногда сухую бетонную смесь готовят на поверхности и в бадье опускают на верхний этаж армировочного полка. Бетон для заделки лунок готовят по мере необходимости. Таблица 13.2 Техническая характеристика бетоносмесительных машин Наименование показателей 3

Производительность по сухой смеси, м /ч Максимальная крупность фракции заполнителя, мм Дальность подачи, м: по горизонтали по вертикали Расход сжатого воздуха, м3 /мин Масса машины, т Масса загруженной машины, т Численность обслуживающего персонала, чел.

268

Тип машины БМС

БМ-60

4-6 30

4 25

100 50 10 1,7 4,25 1

До 200 До 30 7-8 1,1 — 2

13.3. Проветривание. Снабжение сжатым воздухом В период армирования центрально-сдвоенных стволов, соединенных между собой сбойкой, и одиночных стволов, сбитых с вентиляционной скважиной, проветривание осуществляется за счет общешахтной депрессии, создаваемой вентилятором, установленным на одном из стволов или на вентиляционной скважине. При армировании одиночных отдельно стоящих стволов проветривание осуществляется по той же схеме, что и при проходке ствола: по металлическому ставу вентиляционных труб, проложенному на всю глубину ствола и обеспечивающему нормальное проветривание. При этом в армировочном полке предусматриваются проемы в этажах полка для свободного прохода вентиляционного трубопровода. При вскрытии горизонта одиночным стволом на реконструируемых шахтах, до начала армирования, для проветривания должна быть пройдена сбойка, соединяющая ствол с действующим горизонтом. Зумпфовая часть ствола должна проветриваться с помощью вентилятора местного проветривания или может быть затоплена водой. Способ удаления воды из зумпфа решается в каждом конкретном случае. Как правило, вода должна приниматься эксплуатационной шахтой. Для проветривания одиночных стволов на шахтах-новостройках на период армирования прокладывают став вентиляции и закрепляют направляющие канаты одного из подъемов в зумпфе. При этом нормами времени должны быть учтены работы по осмотру ствола, направляющих канатов, замера газа в установленных местах. Часть ствола (зумпфа) до уровня крепления направляющих канатов в данном случае затапливается. Откачка воды, при необходимости, осуществляется бадьями. Для обеспечения возможности проверки газового режима ствола в любой его точке и для других работ в армировочном полке необходимо предусматривать проемы с лядами для пропуска бадьи. Количество воздуха при армировании определяется в соответствии с "Временной инструкцией по проектированию вентиляции при проходке и углубке стволов", разработанной в ВНИИОМШС в 1980 г. В зимнее время года воздух, поступающий в ствол, подогревается с помощью калориферов типов КФС, КФСО, КФБО и СФО и калориферных установок. Необходимое количество сжатого воздуха на период армирования ствола определяется из условий одновременной работы пневмо-механизмов. Основные потребители пневмоэнергии – машины для бурения лунок под расстрелы, отбойные молотки для разделки лунок, перфораторы для бурения шпуров под анкеры, машины для заделки лунок и др. Для подачи сжатого воздуха используют трубопровод сжатого воздуха, который прокладывают по мере установки расстрелов сверху вниз. При этом диаметр трубопровода должен быть не менее 100 мм. 269

13.4. Оборудование и инструменты для маркшейдерских работ. Шахтные отвесы С помощью отвесов при армировании решаются следующие задачи: центрирование и ориентирование яруса расстрелов или монтажного кондуктора; передача координат на натяжную раму; исполнительная профильная съемка проводников. Для центрирования и ориентирования яруса расстрелов применяют подвижные и несвободные армировочные отвесы. Грузы подвижных отвесов спускаются вслед за армировочным полком с лебедок, расположенным на маркшейдерском полке, который, как правило, сооружается на контрольном ярусе ниже нулевой отметки на 2-4 м. Несвободные отвесы (вертикально закрепленные проволоки) опускают с поверхности на полную глубину ствола и после наблюдения за их колебаниями закрепляют в среднем положении. Подвижные отвесы могут быть применены при последовательной, совмещенной и параллельной (сверху вниз) схемах армирования, а также при армировании одновременно с проходкой. При параллельной схеме (снизу вверх) и при армировании блоками могут быть применены только несвободные отвесы. Последние могут быть использованы при последовательной и совмещенной схемах, если у армировочных полков имеются распорные устройства и проемы для пропуска отвесов. Отвесы для передачи координат опускают с перекрытия копра, которое предназначено для закрепления канатных проводников (горизонт подвеса), или с поверхности до натяжной рамы (горизонт фиксирования подвеса). Профилировочные отвесы опускают вблизи проводников на всю глубину ствола и после наблюдения за их колебаниями закрепляют в среднем положении. В комплект оборудования шахтных отвесов входят лебедки, тросы (проволоки), грузы, направляющие блоков и устройства для центрирования и ограничения колебаний. Техническая характеристика лебедок, рекомендуемых для шахтных отвесов, приведена в табл. 13.3. Таблица 13.3 Характеристика лебедок Обозначение лебедки

Тяговое усилие, Н

ШВ-320×0,35Э ШВ-630×0,76Э

3200 6800

ШВ-630-0,35П ШВ-630-0,70П ЛППГ

6300 6300 15000

ЛР-1-25 ПН-4

12500 5000

270

Номиналь- Канатоемкость барабана, м, при Масса ная ско- диаметре троса (проволоки), мм лебедки, кг рость, м/с 2 3 4 Лебедки электрические 0,35 960 410 240 50 0,70 6100 2600 1500 420 Лебедки пневматические 0,35 2500 1070 630 150 0,70 6100 2600 1500 380 0,24 3000 1700 1000 500 Лебедки ручные 2750 1250 750 180 3700 1700 1000 60

Тросы и проволоки. Следует применять нераскручивающиеся тросы из проволоки высшей марки с покрытием, рассчитанным на средние или жесткие условия работы, проволоку – стальную углеродистую пружинную (I, II и III классов) или стальную канатную, оцинкованную для средних и жестких условий работы, марок В и I. Для подвижных отвесов трос или проволоку выбирают по расчетному разрывному усилию с пятикратным запасом прочности относительно суммарного веса груза и троса, и однократным для несвободных армировочных отвесов, отвесов для профильной съемки проводников и для передачи координат. При выборе гибкой нити как для подвижных, так и для несвободных армировочных отвесов предпочтение следует отдавать тросам с органическим сердечником, которые отличаются меньшей жесткостью и лучшими условиями эксплуатации в стволе. При возведении армировки в башенных копрах для отвесов следует использовать проволоку диаметром 0,8-1,2 мм или трос диаметром 1-2 мм. Грузы и крепежные устройства. Грузы для отвесов применяют монолитные и составные. Монолитный груз массой 100 кг рекомендуется для подвижных армировочных отвесов, отвесов для профильной съемки и передачи координат. Составные грузы с одностоечной или двухстоечной штангой массой 110 кг являются наиболее удобными и универсальными. Для увеличения массы груза (более 110 кг) наращивают штангу составного груза и насаживают дополнительные диски. Трос (проволоку) присоединяют к грузу с помощью коуша. Для закрепления троса диаметром менее 3 мм рекомендуется барашковый зажим из расчета один зажим на 50 кг груза. Для тросов большого диаметра применяют зажимы с планкой (один зажим на 30 кг груза). Наряду с указанными типами грузов для армировочных отвесов рекомендуются грузы с подъемным устройством, позволяющим регулировать длину троса (проволоки). Груз с подъемным механизмом внутри корпуса (ВНИИцветмет) снабжен барабаном, канатоемкость которого при диаметре троса 2 и 3 мм соответственно составляет 200 и 100 м. Масса груза путем замены его головки может изменяться от 30 до 100 кг. Опускание груза и регулирование его высоты производят вращением рукоятки. При значительной глубине груз опускают с помощью лебедки, на которой помещен запас троса на всю глубину ствола. Канатоемкость барабана при диаметре троса 3 и 2 мм соответственно составляет 100 и 50 м. Масса груза 28 кг. Барабанный груз рекомендуется использовать при армировании копра. Устройство для направления центрирования и ограничения колебания отвеса. Для направления троса с лебедок в ствол применяют блоки, закрепляемые на нулевой раме или на конструкциях копра. Точку схода троса в ствол фиксируют центрировочными пластинами, которые закрепляют или под направляющим блоком (отвесы для передачи координат), или на контрольном ярусе (армировочные и профилировочные отвесы). 271

Для уменьшения колебаний отвеса применяют ограничители, которые закрепляют на расстрелах через 60-80 м по глубине. Ограничитель представляет собой пластину, закрепленную на расстреле с помощью хомута. Для фиксирования троса в пластине имеется отверстие. Введение троса в отверстие производят по прорези, перекрываемой впоследствии пластиной. Монтажный кондуктор. Предназначен для увеличения точности установки расстрелов в ярусе. Наиболее целесообразно кондуктор применять при сложной конфигурации яруса. Одним из видов монтажного кондуктора является станок для комплексного центрирования и установки яруса расстрелов (автор – Г.С.Пиньковский). Кондуктор состоит из жесткого кольца, связанного опорными балками с фиксаторами для расстрелов. Установку кондуктора по высоте выполняют с использованием дистанционных шаблонов вертикальными домкратами, опирающимися на армировочный полок. Ориентирование и центрирование полка производят по трем отвесам с помощью четырех домкратов, опирающихся в стенки ствола. Вместо отвесов могут быть применены два троса, установленных в вертикальное положение с помощью проекциометра. Приборы для линейных измерений. Для линейных измерений рекомендуются рулетки типа РВ-20 и РК-50, изготовляемые из нержавеющей стали. Рулетки первого класса точности нанесения шкалы рекомендуется использовать в качестве образцовых для компарирования рабочих рулеток методом сравнения. Рулетки второго класса рекомендуются для контроля размеров элементов армировки, основных размеров элементов армировки, основных размеров шаблонов, а также для выполнения ответственных разбивочных работ. В остальных случаях применяют рулетки третьего класса. Раздвижной жезл. Предназначен для измерения расстояний между расстрелами яруса и между соответственными проводниками (колея), а также может быть использован для контроля установки расстрелов в горизонтальное положение. Наружная и внутренняя трубы жезла имеют шкалы с миллиметровыми делениями на всей длине соответственно 0-1200 и 1200-2300 мм и числовым обозначением каждого сантиметра. Цена деления круглого уровня 20'. Армировочные шаблоны. По назначению шаблоны разделяют на четыре группы. 1. Шаблоны для взаимной установки расстрелов по высоте (дистанционные), кроме фиксации расстояния между ярусами расстрелов, выполняют функции приспособлений, поддерживающих балки расстрелов во время монтажа, поэтому при их конструировании учитывают не только основные размеры поперечного сечения балок расстрелов, но и их массу. Дистанционный цепной шаблон из-за наличия у него винтовой стяжки, которая позволяет изменять длину шаблона, может быть использован для установки расстрелов из двутавровых балок различного профиля. 2. Шаблоны для разбивки лунок под расстрелы делятся на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные шаблоны применяют, если монтаж ведется 272

относительно подвижных отвесов. При использовании несвободных отвесов армировочный полок целесообразно устанавливать относительно отвесов с помощью распорных устройств. В этом случае лунки бурят по фиксаторам, закрепленным на полке. 3. Шаблоны для взаимной установки расстрелов в ярусе (горизонтальные) просты по конструкции и отличаются лишь размерами и материалом изготовления. Шаблоны должны быть снабжены круглыми уровнями для установки расстрелов в горизонтальное положение. Установка расстрелов по отвесам выполняется с помощью струбционных или треугольных накладных шаблонов. Установку расстрелов прямоугольного профиля рекомендуется выполнять с применением шаблонов, закрепляемых в монтажных отверстиях угольника расстрела клиновым креплением. При установке расстрелов относительно несвободных отвесов диаметр выреза в шаблоне должен быть больше диаметра нити отвеса не менее чем на 5 мм. Для установки расстрелов относительно подвижных отвесов в шаблоне следует делать прямоугольный вырез со шкалами. Длина шкалы должна быть не менее 40 мм. Цена деления шкалы при диаметре троса более 2 мм должна быть 5 мм, а при диаметре троса не менее 2 мм – 3 мм. Измерительные станции СИ1 и СИ4. Предназначены для автоматической профильной съемки проводников коробчатого профиля сечением от 160×160 до 240×240 мм и из рельсов типа Р38, Р43, Р50. Измерительные станции включают в себя приборы для измерения углов отклонений проводников от вертикали и измерения расстояний между проводниками, приборы для камеральной обработки измерений, комплект гостировочных устройств, а также средства доставки всей аппаратуры и обслуживающего персонала к месту работы. Для выполнения профильной съемки каретку с измерительной аппаратурой подвешивают к низу подъемного сосуда и прокладывают по проводникам. Профиль проводников строят по результатам обработки на интеграторе фотограмм углов отклонений проводников от вертикали. 13.5. Требования к оборудованию, зданиям и сооружениям на поверхности При оснащении вертикальных стволов для армирования, как правило, используют здания, сооружения и проходческие лебедки от проходки ствола. Иногда, при сооружении скиповых стволов и при реконструкции (замене армировки) вокруг ствола устанавливают проходческие лебедки для армирования. Технические требования к оборудованию, зданиям и сооружениям, используемым при армировании, аналогичны требованиям, предъявляемым при оснащении для проходки вертикальных стволов. Здания и сооружения. В период армирования на поверхности должны использоваться здания, сооружения и оборудование от проходки ствола: ко273

пер, подъемные машины, АБК, компрессорная станция, высоковольтные распределительные устройства и электроподстанция, котельная, тельферная дорога, мастерские, а также, в зависимости от расположения армируемого ствола (фланговый или центрально-сдвоенный), вентиляторная и калориферная установка, очистные сооружения. Проходческие лебедки. Лебедки предназначены для подвески оборудования, кабелей, монтажа расстрелов, навески проводников и прочих работ при армировании вертикальных стволов. Для подвески оборудования при армировании должны применяться лебедки, соответствующие требованиям ПБ, ПТЭ, ГОСТ 7878-80. Для подвески полков и люлек должны применяться лебедки с предохранительным тормозом колодочного типа. При использовании лебедок для подвески люлек спуско-подъемные операции с людьми запрещаются. При проектировании оснащения для армирования, как правило, следует предусматривать использование проходческих лебедок, установленных для проходки ствола, а в том случае, когда лебедки для проходки ствола демонтированы – применять лебедки в передвижном исполнении. В отдельных случаях допускается применение стационарных лебедок при соответствующем обосновании. Выбор типа лебедок должен определяться требуемым максимальным статическим натяжением каната, глубиной ствола, режимом работы и технико-экономическими показателями. Пример расположения лебедок и подъемных машин на поверхности в период армирования ствола показан на рис. 13.4. Для фундаментов под лебедки, как правило, используют инвентарные железобетонные блоки БФ-2. Блоки устанавливают на песчаной подушке толщиной 150 мм, выполненной по утрамбованному грунту дна котлована. Блоки должны выступать над поверхностью на 200 мм. Применение монолитных или сборно-монолитных конструкций целесообразно в случае строительства на просадочных, набухающих, водонасыщенных, заторфованных, засоленных и насыпных грунтах. Тельферная дорога. Тельферная дорога на период армирования ствола предназначена для подачи элементов армировки и другого оборудования от места складирования на поверхности к одному из бадьевых подъемов в копре. При расположении тельферной дороги относительно зданий и сооружений на поверхности следует учитывать следующие рекомендации: − монорельс изгибать не следует, т.к. на изгибах тали плохо работают; − при подаче элементов армировки в копер они должны свободно проходить мимо связей копра; − тельферную дорогу должны использовать при контрольной сборке яруса армировки на стенде рядом с копром; − необходимо предусматривать односторонние опоры для коепления монорельса. 274

Рис. 13.4. Схема оснащения поверхности для армирования вертикальных стволов 275

Контрольные вопросы 1. Понятие армировки и армирования вертикального ствола. Понятие оснащения ствола для армирования. 2. Состав проекта оснащения для армирования ствола. 3. Основные требования к проекту оснащения. 4. Оборудование подъема на период армирования ствола. 5. Канаты, используемые для работ по армированию ствола. 6. Назначение и конструкция армировочного полка. 7. Переоборудование подвесного проходческого полка для целей армирования. 8. Требования к оборудованию армировочных полков. 9. Назначение и конструкция подвесной люльки. Требования к люлькам. 10. Типы и конструкции станков для бурения лунок в бетонной крепи стволов. Оборудование для бурения шпуров под анкера для крепления элементов армировки. 11. Оборудование для бетонирования лунок. Принцип действия и характеристики бетоносмесительных машин. 12. Проветривание в период армирования стволов. 13. Оборудование для обеспечения армирования сжатым воздухом. 14. Назначение и конструкции шахтных отвесов. Типы лебедок, используемых для подвески шахтных отвесов. Требования к шахтным отвесам. 15. Устройства для маркшейдерского обслуживания работ по армированию ствола. 16. Типы армировочных шаблонов. Их назначение и область применения. 17. Назначение и состав измерительных станций. 18. Поверхностные здания и сооружения на период армирования ствола. 19. Требования к конструкции и монтажу проходческих лебедок, используемых для подвески армировочного оборудования.

276

14. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ ОБОРУДОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ 14.1. Общие сведения Полный период эксплуатации горных машин и оборудования включает в свой состав: монтаж, наладку, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и демонтаж. Основными условиями высокопроизводительной работы горных машин и оборудования являются: их использование по прямому назначению в условиях, предусмотренных техническим паспортом; высокая квалификация персонала, эксплуатирующего оборудование; обеспечение высокого уровня надежности и безотказной работы; организация выполнения комплекса мероприятий, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта. Энергомеханической службе шахтостроительных и шахтопроходческих управлений принадлежит решающая роль в соблюдении всех перечисленных условий, особенно важной в этой связи является организация комплекса мероприятий, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта. В шахтном строительстве важно производить техническое обслуживание в период технологических простоев забойного оборудования. Так, например, во время погрузки породы при проходке вертикального ствола следует обязательно произвести техническое обслуживание насосного и бурового оборудования, лебедок и т.д. Такой подход дает возможность не предусматривать ремонтных смен и позволяет обеспечить высокие темпы проходки за счет безаварийности техники и максимального ее использования. 14.2. Планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта стволопроходческого оборудования Действующая в угольной промышленности планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта оборудования устанавливает: – виды и регламенты технического обслуживания и ремонта; – номенклатуру основной нормативно-технической документации; – необходимые для планирования ремонтные нормативы; – принципы организации технического обслуживания и плановых ремонтов; – принципы организации смазочно-эмульсионного хозяйства; – принципы организации учета и движения оборудования; – методы учета и контроля над соблюдением действующих правил и норм по техническому обслуживанию, ремонту и эксплуатации оборудования. Сущность планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта оборудования для шахтостроительных организаций заключается в планировании выполнения установленных техническим паспортом видов обслуживания и плановых ремонтов, объемы и периодичность кото277

рых зависят от физического состояния машин и механизмов. Основными нормативно-техническими документами, определяющими порядок проведения наладочных работ, технического обслуживания и текущего ремонта, является эксплуатационная документация, разработанная в соответствии с паспортом соответствующих машин и механизмов, правилами безопасности для угольных и сланцевых шахт, ОСТом 12.44.024-82 "Изделия угольного машиностроения. Порядок разработки эксплуатационных документов". 14.3. Виды и регламенты технического обслуживания и плановых ремонтов В шахтном строительстве в настоящее время действуют следующие основные виды технического обслуживания и ремонта оборудования: 1. Ежесменное (ТО-1) техническое обслуживание. Данный вид технического обслуживания стволопроходческого оборудования и лебедок всех типов выполняется по графику механика участка дежурными электрослесарями и проходчиками, закрепленными за определенной техникой, свободной в данное время от работы. В объем работ ТО-1 входит замер количества масел и их качество, производство необходимых смазок, опробование на холостом ходу и под нагрузкой и устранение выявленных неисправностей. 2. Ежесуточное (ТО-2) техническое обслуживание выполняется силами ремонтных электрослесарей, постоянно обслуживающих это оборудование по графику механика участка. Ремонтной бригаде помогает обслуживающий персонал и машинисты установок. В состав работ ТО-2 входит весь объем ТО-1, но более детальный и тщательный. 3. Еженедельное (ТО-3) техническое обслуживание выполняется силами электрослесарей и ремонтной группы участка с участием энергомеханической службы шахтопроходческого управления по графику главного механика, а также машинистов машин и механизмов. ТО-3 включает все операции ТО-2, но с заменой отдельных узлов деталей и диагностических операций. 4. Ежемесячное ремонтное обслуживание (РО) выполняется силами ремонтных электрослесарей энергомеханической службы шахтостроительного или шахтопроходческого управления, бригады слесарей участка обслуживающего персонала в ремонтную смену. Этот вид ремонта включает в свой состав все работы, предусмотренные еженедельным техническим обслуживанием, замену узлов и деталей, имеющих срок службы 1 месяц, восстановление зазоров, уплотнений в соответствии с паспортом, отбор проб масла или его замену, наладку машин и оборудования. 5. Текущие ремонты (Т1 и Т2) производятся с периодичностью, равной соответственно 3 и 6 месяцам. Данные ремонты выполняются теми же силами, что и РО, а также силами специализированных ремонтных и наладочных бригад или предприятий, имеющих лицензию. 278

Подъемные машины, компрессорные установки, лебедки, котлы в котельных обязаны проходить ежемесячные, трех- и шестимесячные ремонтноналадочные работы в соответствии с техническими условиями эксплуатации и правилами безопасности с составлением актов выполненных работ. При отсутствии таких актов работы соответствующих установок приостанавливаются горнотехнической инспекцией. Кроме перечисленных ТО и ремонтов должны проводиться квартальные (НРК) ревизии и наладки с периодичнсотью не реже одного раза в 3 месяца; полугодовые (НРП) – не реже одного раза в 6 месяцев; годовые (НРГ) – не реже одного раза в 12 месяцев; двухгодичные (НРД) – не реже одного раза в 24 месяца. 14.4. Нормативно-техническая документация и периодичность наладочных и ремонтных работ при строительстве и эксплуатации шахт В соответствии с ОСТ 12.44.024-82, техническим паспортом и Руководством по эксплуатации каждой горнопроходческой машины предусматриваются техническое обслуживание и ремонт горношахтного оборудования. Сведения о порядке ТО и ремонта излагаются для каждой машины и могут быть индивидуальными, но чаще всего порядок обслуживания, ревизий и наладочных работ регламентируется для одинаковых условий эксплуатации по определенным группам марок и типов оборудования. В руководство по эксплуатации входит следующая документация: – технологические карты; – возможные варианты наиболее часто встречающихся неисправностей и их устранение; – характеристика условий, в которых должна эксплуатироваться данная машина. Технологические карты представляют собой таблицы, в которых приводятся данные о периодичности обслуживания узлов и деталей оборудования, последовательность выполнения операций, о средствах диагностики, мерах безопасности и др. Технологические карты поставляются заводомизготовителем. В шахтопроходческом управлении и горнопроходческом участке на основе руководства по эксплуатации разрабатываются графики наладочных и ремонтных работ. Графики ТО-1; ТО-2; ТО-3 утверждаются начальником участка и выполняются под руководством механика участка. Остальные виды технического обслуживания утверждаются, как правило, главным инженером управления и выполняются под контролем и руководством главного механика управления.

279

14.5. Техническое обслуживание и ремонт оборудования при проходке стволов Техническое обслуживание и текущий ремонт подъемных установок МПП-17,5, МПП-9, МПП-6,3

Работы по техническому обслуживанию и ремонту оборудования подъемных установок производятся в соответствии с «Руководством по техническому обслуживанию и ремонту шахтных подъемных установок», с соблюдением требований «Правил безопасности в угольных шахтах», «Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт», «Правил эксплуатации электроустановок потребителей», а также инструкций по эксплуатации оборудования подъемных установок заводов-изготовителей. Своевременная и качественная смазка узлов оборудования подъемных установок является одним из основных условий, позволяющих увеличить их долговечность, повысить работоспособность, сократить простои. В связи с этим организация смазки узлов оборудования подъемных установок требует выполнения следующих положений: • использовать рекомендуемые для смазки масла; • соблюдать установленные режимы смазки. Смазку узлов оборудования подъемных установок следует производить в соответствии с «Руководством по техническому обслуживанию и ремонту шахтных подъемных установок» и инструкций заводов изготовителей (картой смазки). Головные канаты подъемных установок в процессе эксплуатации должны периодически (один раз в месяц) смазываться антикоррозийными высоковязкими, тугоплавкими консистентными смазками. Рекомендуется к применению канатная смазка «Торсиол-35Э» Нанесение смазки производится на очищенную от старой смазки и грязи поверхность каната через установленную на канат разъемную воронку, закрываемую крышкой. Нижнее отверстие воронки по периметру каната должно быть уплотнено волокном или ветошью, исключающими протекание смазки. Смазка должна заливаться в воронку непосредственно из поставляемой тары. Скорость движения каната при нанесении смазки должна быть не более 0,3 м/с. Техническое обслуживание и ремонт подъемных установок осуществляется по непрерывному методу, т.е. элементы оборудования осматриваются и ремонтируются поочередно в установленном порядке в течение принятого ремонтного цикла (срока службы до первого капитального ремонта, устанавливаемого заводом-изготовителем). Целью технического обслуживания оборудования подъемных установок является исключение аварийных ситуаций, а также предупреждение преждевременного износа деталей и узлов, обнаружение и устранение неисправностей и дефектов. 280

При этом обслуживающий персонал (машинисты, электрослесари) обязан: • вести наблюдение за работой оборудования, проверять показания контрольно-измерительных приборов, степень нагрева узлов трения и достаточность поступления к ним смазочных материалов; • проверять исправность работы аппаратуры управления, сигнализации и защиты; • устранять мелкие неисправности и неполадки в работе оборудования; • проверять надежность крепления узлов и деталей оборудования, регистрировать наличие износа, вибраций и необычного шума в приводах и других ответственных элементах оборудования; • содержать оборудование в чистоте и не допускать утечек смазочного материала. Текущие ремонты характеризуются выполнением работ по частичной замене быстроизнашивающихся деталей или узлов; очистке, промывке и ревизии механизмов; проверке креплений и замене вышедших из строя крепежных деталей; смене масла в редукторах. При техническом обслуживании и текущем ремонте подъемных установок принято, что каждый следующий вид обслуживания или ремонта включает в себя все работы, предусмотренные предыдущими видами, то есть в объеме ТО-3 включен объем ТО-2, в объеме ТО-4 – объем работ ТО-3 и.д. Объем работ по каждому виду технического обслуживания и ремонта, последовательность их выполнения, требования к исправности оборудования, приборы, инструменты и материалы, среднее количество работы и продолжительность выполнения работ изложены в технологических картах «Руководства по техническому обслуживанию и ремонту шахтных подъемных установок». Электрическая часть и аппаратура автоматизированных подъемных установок подлежит ревизии и наладке через каждые 6 месяцев. Не реже одного раза в год маркшейдерская служба шахтостроительной организации (шахты) или специализированная организация, имеющая лицензию, выполняет полную проверку геометрической связи шахтного подъема и копра в соответствии с Инструкцией по производству маркшейдерских работ. По результатам проверки составляется акт, который утверждается главным инженером шахтостроительной организации (шахты). Один экземпляр этого акта передается главному механику шахтостроительной организации (шахты). После ревизии и наладки подъемной установки главный механик шахтостроительной организации (шахты) и представитель наладочной организации производят ее контрольные испытания. О проведении контрольных испытаний составляется протокол, который утверждается директором или главным инженером шахтостроительной организации (шахты). Через 6 месяцев после ревизии и наладки каждая эксплуатационная и проходческая подъемная установка должна подвергаться техническому осмотру и испытанию комиссией под руководством главного механика шахтостроительной организации (шахты). 281

Объем технического осмотра и испытания определяется Инструкцией по техническому осмотру и испытанию эксплуатационных и проходческих подъемных установок. В соответствии с требованиями Правил безопасности, подъемные сосуды, парашюты, стопоры, подвесные устройства, направляющие башмаки, посадочные, загрузочные и разгрузочные устройства, направляющие и отклоняющие шкивы, их футеровка и подшипники, тормозная система и другие элементы подъемной машины, аппаратура защиты и система управления должны осматриваться и проверяться ежесуточно механиком подъема или лицом, имеющим соответствующую квалификацию и назначенным приказом по шахтостроительной организации (шахте) для этой цели. Главный механик шахтостроительной организации (шахты) или старший механик не реже одного раза в 15 дней должны производить проверку правильности работы предохранительного тормоза и защитных устройств и не реже одного раза в месяц – исправности всех остальных вышеуказанных элементов подъемной установки. Результаты осмотров должны заноситься в «Книгу осмотра подъемной установки». Канаты шахтных подъемных установок подлежат осмотру специально выделенными лицами, назначенными приказом по шахтостроительной организации (шахте) в следующие сроки: • ежесуточно – подъемные канаты сосудов и противовесов вертикальных и наклонных подъемных установок, уравновешивающие канаты подъемных установок со шкивами трения, канаты для подвески механических грузчиков (грейферов) при проходке стволов; • еженедельно – подъемные и уравновешивающие резинотросовые канаты с участием механика подъема (старшего механика); • ежемесячно – амортизационные и отбойные канаты, подъемные и уравновешивающие канаты, включая участки каната в запанцировке с участием главного механика или старшего механика. В остальном, при осмотре и ремонте оборудования подъемных установок, следует пользоваться инструкциями заводов-изготовителей. На всех подъемных установках, в том числе и на подъемных установках МПП-17,5; МПП-9, МПП-6 в блочно-передвижном варианте, должно быть «Руководству по техническому обслуживанию и ремонту шахтных подъемных установок». Все виды технического обслуживания и текущего ремонта должны выполняться в полном объеме и в соответствии с технологическими картами «Руководства по техническому обслуживанию и ремонту шахтных подъемных установок». Приказом по шахтопроходческому управлению должны быть назначены ответственные за содержание оборудования подъемных установок в технически исправном состоянии и его безопасную эксплуатацию, а также ответственные за своевременное проведение технического обслуживания и ремонта оборудования подъемных установок. 282

Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт проходческих лебедок и подвесного оборудования

Конструкция и техническая характеристика проходческих лебедок должны отвечать требованиям действующего Государственного стандарта на проходческие лебедки, «Правил безопасности в угольных шахтах», «Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт» и «Правил технической эксплуатации проходческих лебедок и подвесного оборудования». Все лебедки, обслуживающие проходку и армировку ствола, должны быть пронумерованы с указанием назначения каждой из них. Схема размещения проходческих лебедок у ствола с указанием порядкового номера и назначения каждой из них должна вывешиваться в копре. После окончания монтажа лебедок необходимо произвести их наладку и испытание специализированной наладочной организацией. Испытания должны проводиться в соответствии с требованиями Государственного стандарта, заводских инструкций по эксплуатации лебедок и «Руководства по ревизии, наладке и испытанию шахтных подъемных установок». Приемка лебедок в эксплуатацию осуществляется комиссией под руководством главного механика шахтопроходческого управления. Акт приемки утверждается главным инженером управления. Сорта масел, заливаемых в редуктора лебедок и электрогидравлические толкатели, смазка трущихся поверхностей должны соответствовать указаниям заводских инструкций по эксплуатации. Осмотр проходческих лебедок должны производить электрослесари ежесуточно и перед каждой спускоподъемной операцией, механик участка – один раз в неделю, главный механик шахтопроходческого управления – один раз в месяц. Результаты периодических осмотров должны записываться в «Книгу осмотра проходческих лебедок и их канатов». Осмотр канатов при проходке стволов должен производиться со следующей периодичностью: – еженедельно – канатов для подвески полков, кабеля и проходческого оборудования с участием механика подъема (старшего механика); – ежемесячно – канатов, постоянно находящихся в стволах, с участием механика проходки или старшего механика строящейся шахты. Для обеспечения регулярности проведения периодических осмотров на каждой проходке ствола должен составляться график осмотров проходческих лебедок и подвесного оборудования. График утверждается главным инженером ШПУ. Ответственность за своевременное проведение осмотров и устранение выявленных при этом дефектов оборудования возлагается на механика проходки ствола. Периодические ревизии, наладку и испытание (1 раз в год) лебедок подвески полков, спасательных лестниц и проходческих люлек, а также лебедок грузоподъемностью 45 т должны производить специализированные наладочные бригады. За техническое состояние проходческих лебедок, подвесного оборудования и канатов, организацию осмотров и ремонта проходческого оборудования, а также монтаж кабелей в стволе несет ответственность 283

механик проходки (участка). За организацию безопасной эксплуатации проходческого оборудования, перемещение подвесного оборудования и монтаж трубопроводов в стволе отвечает начальник проходки (участка). Эксплуатация электрооборудования проходческих лебедок и мероприятия по организации его безопасной работы должны выполняться в соответствии с требованиями действующих «Правил безопасности в угольных шахтах», «Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт», «Правил технической эксплуатации электроустановок», «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», «Правил устройств электроустановок» и заводских инструкций по эксплуатации лебедок. Подвесные устройства (полка, опалубки, насоса и др.) и все узлы крепления канатов должен осматривать еженедельно дежурный слесарь, два раза в месяц – механик проходки (участка) и один раз в месяц – главный механик шахтопроходческого управления. Результаты осмотра и меры, принятые для устранения неисправности, должны быть записаны в «Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования». После окончания монтажа лебедок и приемки в эксплуатацию, а также один раз в год должна производиться инструментальная съемка геометрических элементов копровых направляющих шкивов относительно оси главного ствола и проверка углов девиации. По результатам проверки должна составляться испытательная схема фактического расположения копровых шкивов. Проверка должна производиться под руководством главного маркшейдера шахтопроходческого управления. Направляющие шкивы должны осматриваться еженедельно слесарем, два раза в месяц – механиком проходки и один раз в месяц – главным механиком ШПУ. Результаты осмотра копровых направляющих шкивов должны заноситься в «Книгу осмотра проходческих лебедок и их канатов», а полковых и других – в «Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования». Спасательную лестницу и ее прицепное устройство еженедельно должен осматривать слесарь по осмотру стволового оборудования два раза в месяц – механик проходки и один раз в месяц – главный механик ШПУ. Результаты осмотра должны записываться в «Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования». Проходческие люльки и их подвесные устройства должен осматривать еженедельно электрослесарь по осмотру подвесного оборудования, раз в неделю – механик проходки и один раз в месяц – главный механик ШПУ. Результаты осмотра должны записываться в «Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования». Лебедки маркшейдерских отвесов, направляющие блоки (шкивы), грузы, канаты и детали крепления грузов к канатам еженедельно должен осматривать слесарь по осмотру подвесного проходческого оборудования, два 284

раза в месяц – механик проходки и один раз в месяц – главный механик ШПУ. Результаты осмотра должны записываться в «Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования». Один раз в месяц все отвесы должен осматривать главный маркшейдер шахтостроительной организации (ШПУ). Результаты осмотра должны быть занесены в «Книгу указаний и предписаний маркшейдерской службы». Трубопроводы, кабели, канаты для их навески, хомуты, болтовые соединения, узлы навески труб к постоянной крепи и детали армировки ствола (при выдаче породы вагонетками в клетях) должны еженедельно осматриваться специально назначенным лицом, один раз в две недели – механиком проходки и один раз в месяц – главным механиком ШПУ. Результаты осмотров коммуникаций должны быть отмечены в «Книге осмотра подвесного проходческого оборудования». Подвесные проходческие полки и все узлы их навески должен еженедельно осматривать электрослесарь по осмотру оборудования, два раза в месяц – механик проходки (участка) и один раз в месяц – главный механик ШПУ. Результаты осмотра должны записываться в «Книгу осмотра подвесного проходческого оборудования». Обнаруженные неисправности необходимо немедленно устранять. Осмотры проходческих лебедок и подвесного оборудования подразделяются на оперативные (перед каждой спуско-подъемной операции) и периодические. Оперативные осмотры производят специально закрепленный обслуживающий персонал и рабочие, осуществляющие спуско-подъемные операции подвесного оборудования. Периодические осмотры производят через определенные промежутки времени (еженедельно, ежемесячно) специально назначенные для этих целей рабочие и лица технического надзора. Техническое обслуживание стволовых погрузочных машин типа КС-2у/40, КС-1М, КС-3

Стволовые погрузочные машины КС-2у/40, КС-1М Техническое обслуживание после монтажа заключается в следующем. 1. Осмотреть всю машину, особенно тщательно проверить места подвески рамы к тележке поворота и к центральной подвеске, а также к раме и ролику подвески; проверить затяжку и контровку болтов крепления монорельса, центральной подвески, съемных щек рамы и катков у тележек. Все неисправности должны быть устранены, болты подтянуты и законтрочены. 2. Проверить состояние каната, цепей и осей подвески грейфера. 3. Проверить работу пусковой коробки управления тельфером при опущенном на забой грейфере, работу тельфера (особенно тщательно тормоза), пневмоконцевиков, канатоукладчика и золотниковой системы двигателя. С этой целью следует сделать несколько подъемов грейфера на высоту не более 1м. 4. Проверить работу тормоза тележки поворота и пневмоконцевиков механизма перемещения тельфера при поднятом грейфере. 285

5 Проверить герметичность пневмозатвора грейфера и состояние шарнирных соединение лопастей и тяг. 6. Проверить наличие и достаточность смазки в редукторах тельфера тележки поворота, лебедки механизма перемещения и пневмомотора КЗОМФ, П6,3-12, П9-12, а также в масленке водоотделителя. Порядок работы. 1. Управление машиной осуществляется из кабины машиниста, прошедший специальную подготовку. В кабине находятся золотники и краны управления механизмами машины. 2. При погрузке породы машинисту необходимо следить за движением бадей и освобождать соответствующий проем для пропуска бадьи в забой, не допускать ударов грейфера об опалубку и его перемещения над проходчиками. 3. В процессе работы погрузочной машины машинист должен следить за тем, чтобы: – тормоз тельфера надежно удерживал груженный грейфер; – тормоз тележки поворота надежно останавливал раму, а поворот был плавным, без рывков и пробуксовывания; – перемещение тележки тельфера было плавным. Без зажима катков значительное провисание каната и проскальзывание его в жимках на барабане лебедки не допускается; – пневмокоммуникации не имели утечек сжатого воздуха; – рукоятки золотников переключались плавно, без рывков и четко фиксировались в нейтральном положении; – пневмосистема управления тельфером четко останавливала барабан тельфера в крайних положениях, пуск и останов пневмодвигателя не сопровождались стуком и вибрациями в золотниковой системе пневмодвигателя, подшипники пневмодвигателей и редукторов не нагревались, а выхлопные отверстия пневмодвигателей не обмерзали; – давление сжатого воздуха было не менее 0,4 и не более 0,5 МПа; – шланги, идущие из кабины машиниста (особенно шланги грейфера) не цепляли за оборудование и не попадали между лопастями грейфера; – канат подвески грейфера при напуске был в натянутом состоянии под действием веса блочка и цепей; – прижимной ролик при вращении барабана тельфера (лебедки) свободно, без заедания вращался и исключалось выпучивание каната при снятии с последнего нагрузки, – не было большой потери времени в работе подъема из-за вынужденных простоев бадей над рамой мехвождения, – при мигании сигнальной лампы системы блокировки спуска бадьи с поворотом рамы машинист обязан немедленно убрать из под бадейного раструба раму мехвождения. 4. Перед проведением взрывных работ машинист обязан: 286

– подтянуть грейфер к тельферу, подвесить его на предохранительных цепях или канате к полку или раме. При этом рабочий канат тельфера должен быть ослаблен; – перевести тельфер в крайнее положение к центральной подвеске; – провернуть раму в безопасную зону и запереть откидными упорами рукоятки золотников управления тележкой поворота и грейфера; – чтобы взрывной волной не подбрасывало раму и кабину машиниста, необходимо установить распорки между ними и полком; – перекрыть кран питания кабины машиниста; – снять манометр. 5. Ежемесячное техническое обслуживание включает следующий порядок и комплекс работ: – контроль наличия и затяжки болтов крепления центральной подвески к полку и щек рамы к центральной подвеске; – проверку отсутствия трещин в корпусе тележки поворота и щеках рамы, надежность затяжки гайки оси крепления тележки к раме; – контроль отсутствия трещин в раме подвески кабины и кронштейне ролика подвески кабины, надежности шарнирного соединения кабины с рамой, надежности затяжки гайки оси крепления кронштейна ролика подвески кабины к кабине машиниста; – проверку отсутствия деформаций звеньев цепи подвески грейфера, надежности болтовых соединений в месте крепления цепей и надежность фиксации осей шарнирных соединений грейфера; – контроль отсутствие трещин и поломок лопастей, тяг и траверсы грейфера; – проверку исправности роликов канатоукладчика и подвески грейфера. Ролики должны проворачиваться без заеданий; – испытание четкости срабатывания концевиков в предельных положениях каната, четкости включения золотников пневмосистемы машины; – испытание четкости работы тормоза тельфера. После включения тормоза, путь торможения должен быть не более 100 мм при подъеме и 200 мм – при спуске грейфера; –испытание четкости работы тормоза тележки поворота. Пробег тележки должен быть не более 300мм; – проверку состояния канатов механизма перемещения тельфера и подвески грейфера. При этом обратить внимание на надежность заделки канатов на барабане и клиновых втулках и количество порывов проволок; – проверку наличия смазки в масленке водоотделителя и при необходимости ее полное заполнение; – контроль надежность крепления на машине узлов системы блокировки КСБ. 6. Профилактическое обслуживание, осуществляемое через каждые 10 дней с остановкой проходки на одну смену, включает следующий порядок и 287

комплекс работ: – подтяжку всех болтовых соединений; – замену изношенных деталей; – смазку узлов в соответствии с таблицей смазки, содержащейся в инструкции по эксплуатации; – замену канатов тельфера, механизма радиального перемещения в случае их износа; – замену изношенных шлангов, подтяжку ниппельных соединений пневмогидросистемы; – промывку фильтра гидросистемы и очистку водоотделителя; – подтяжку или замену сальникового уплотнения штока грейфера. 7. Ежемесячное техническое обслуживание с остановкой проходки на одни сутки включает следующие комплексы работ: – технического обслуживания в объеме 10 дней; – замена рабочего грейфера на резервный; – выборочное обслуживание сборочных единиц машины с выдачей их на поверхность с частичной разборкой; – замена тормозных колодок и дисков, чистка и промывка масляных ванн; – правка элементов металлоконструкций, деформированных при взрывных работах. 8. Обслуживание машины после проходки 400 м ствола с остановкой проходки на два-три дня включает следующий комплекс работ: – работы технического обслуживания в объеме 10 дней; – проведение осмотра машины и обслуживания узлов с выдачей на поверхность, полной разборкой, тщательной промывкой, осмотром деталей и последующей сборкой. Изношенные детали должны быть заменены новыми из состава ЗИП или отремонтированными. Подшипники, имеющие повреждения и люфты сверх допустимых норм, должны быть заменены. 9. Требования к хранению и консервации машины (узлов машины ): – хранение погрузочной машины (узлов) должно производиться в местах, исключающих воздействие атмосферных осадков; – при хранении машины ее узлы должны быть законсервированы. Редукторы тельфера, тележки поворота, лебедка механизма перемещения, ротора и цилиндры пневмодвигателей, полости пневмоконцевиков, цилиндров грейферов должны быть законсервированы смазкой НГ203 (группа Б по ГОСТ 12328-66); – ходовые винты канатоукладчиков, резьбовые отверстия, штуцера, запасные части законсервировать смазкой ПВК (пушечная ) по ГОСТ 105 86-63 или СХК, обернуть парафинированной бумагой по ГОСТ 9569-65 и обвязать шпагатом; – внутренние полости распорных домкратов и золотников заполнить маслом И-40 с 5% добавкой присадки КП-2. 288

Пневматический грузчик КС-3. 1. Техническое обслуживание пневматического грузчика КС-3 перед вводом в эксплуатацию состоит в последовательной проверке: – наличия смазки поверхности трущихся деталей; – надежности всех болтовых соединений; – легкости вращения и надежности крепления вертлюга пневмоподъемника, крепления водила и его работоспособности; – подвески грейфера и состояние соединительных осей; – наличия и затяжки уплотнений штоков в пневмозатворе и пневмоподъемнике; – плотности и надежности соединения всех пневмокоммуникаций, отсутствия утечек воздуха и пережатия рукавов; – наличия масла Ц40 в надпоршневое пространство пневмоподъемника и пневмозатвора по 0,8 кг. Подливку масла необходимо производить также в начале каждой смены перед уборкой породы. 2. Порядок ведения работ при погрузке: – пневмогрузчик КС-3 при помощи пневмолебедки опустить так, чтобы расстояние между лопастями и верхней кромкой бадьи составляло 200-300 мм при верхнем положении цилиндра пневмоподъемника; – отвести грейфер к месту забора породы, раскрыть лопасти и резко опустить его на отбитую породу. При работе необходимо полнее заполнять грейфер. Если заполнение недостаточное, следует несколько раз раскрыть и закрыть лопасти, не поднимая грейфера; – груженый грейфер поднять пневмоподъемником, подвести его к бадье и разгрузить, раскрыв лопасти; – во время работы необходимо следить, чтобы бадьи не ударялись о пневмоподъемник и грейфер. 3. Техническое обслуживание. Эффективность работы и надежность пневмогрузчика зависит от того, насколько регулярно и качественно будет осуществляться его техническое обслуживание и профилактический осмотр, поэтому мелкий ремонт следует производить не реже двух раз в месяц. Для этого пневмогрузчик разбирают и тщательно очищают. Детали пневмозатвора и пневмоподъемника промывают и смазывают. 4. Консервация пневмогрузчика КС-3 проста и заключается в обильной смазке наружных поверхностей смазкой ПВК или СХК, а внутренние поверхности цилиндров необходимо консервировать смазкой К-17 или залить масло Ц-20, Ц-30 с добавлением 10% АКОР-1. 289

Техническое обслуживание бурильных установок типа СМБУ и БУКС

Техническое обслуживание бурильных установок типа СМБУ и БУКС производится бурильщиками и слесарями, прошедшими специальное обучение, изучившими устройство бурильной установки, правила и порядок работы с ней и ее обслуживание, сдавшими экзамены и имеющими удостоверение на право работы и обслуживания бурильной установки. При выполнении работ по техническому обслуживанию, плановому текущему ремонту и устранению возможных неисправностей и отказов необходимо пользоваться инструментом, поставляемым в комплекте ЗИП с установкой. Выполнение технического обслуживания, планового текущего ремонта и устранение возможных неисправностей и отказов как установки в целом, так и отдельных ее составных частей производится в соответствии с технологической картой, которая прилагается к «Руководству по эксплуатации». Смазку узлов бурильной установки и отдельных ее составных частей необходимо производить согласно схеме смазки в соответствии с указаниями по обеспечению изделия смазочными материалами и рабочими жидкостями (химмотологической карты), которые прилагаются к «Руководству по эксплуатации». Техническое обслуживание компрессорных станций ПКС-150/8 в блочно-передвижном варианте с компрессорами 6 ВКМ-25/8 и 6ВВ-25/9.

1. Нормативная и техническая документация Устройство, монтаж и эксплуатация компрессорных станций должны отвечать требованиям «Правил устройств и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов», «Правил устройств электроустановок», «Правил эксплуатации электроустановок потребителей», «Правил безопасности в угольных шахтах», и «Правил технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт». Компрессорная станция должна иметь следующую техническую документацию: − схему трубопроводов сжатого воздуха с указанием мест установки задвижек, вентилей, влагомаслоотделителей, контрольно-измерительных приборов; − схему прокладки кабелей (кабельный журнал); − принципиальную электрическую схему компрессора; − инструкцию по безопасному обслуживанию компрессорной станции, утвержденную главным инженером шахтопроходческого управления; − журнал учета работы компрессора; − журнал (книгу) учета ремонта компрессора согласно графика плановопредупредительного ремонта (ППР); − паспорт – сертификат турбинного масла ТП-22 (ТП-30); результаты его 290

−

− − − −

лабораторного анализа (первоначальный анализ после получения партии масла и анализы масла через 1000 часов работы с каждого компрессора); график планово-предупредительных ремонтов оборудования компрессорной станции, утвержденный главным инженером шахтопроходческого управления; руководство по эксплуатации компрессоров 6ВВ-25/9 и 6ВКМ-25/8; журнал проверки знаний обслуживающего персонала; журнал проверки манометров; «Книга приема-сдачи смены машиниста компрессорной станции»

В «Журнале учета работы компрессора» должны записываться следующие данные: – время пуска и остановки компрессора; – показание приборов через два часа; – замеченные неисправности; – результаты проверки предохранительных клапанов и манометров на их исправность; – отметки о проведение спуска конденсата и масла из влагомаслоотделителя. Журнал работы компрессора должен проверяться и подписываться ежесуточно лицом, ответственным за безопасную эксплуатацию компрессорной станции. Все журналы и книги должны быть пронумерованы, прошнурованы, скреплены печатью и храниться не менее одного года после заполнения. 2. Наблюдения за работой компрессорной станции Во время работы компрессора 6ВВ-25/9 (6ВКМ-25/8) вести следующие наблюдения: – за звуком, возникающим при работе компрессора, для своевременного обнаружения посторонних ударов и стуков, повышенной вибрации; – за температурой масловоздушной смеси в нагнетательном патрубке, которая должна быть не более 110°С; – за избыточным давлением масловоздушной смеси в нагнетательном патрубке, которое не должно превышать 0,8 МПа; – за перепадом между давлением нагнетания и давлением масла в коллекторе смазки, которое не должно превышать 0,3 МПа; – за показаниями амперметра на пульте управления; – за уровнем масла в раме-баке; – за перепадом давления на фильтре маслоотделителя, которое не должно превышать 0,1 МПа. Все компрессора 6ВВ-25/9 (6 ВКМ-25/8) должны иметь контрольноизмерительные приборы (манометры, термометры и др.), которыми ежегодно должны проводиться испытания в соответствии с требованиями Государственного комитета стандартов Российской Федерации. 291

Регулировка предохранительных клапанов должна производиться на специальных стендах лицами, допущенными к самостоятельному обслуживанию компрессоров, при этом в «Книге ремонта компрессоров» делается соответствующая запись. Каждая компрессорная станция ПКС-150/8 должна иметь стенд для проверки манометров и регулировки предохранительных клапанов. 3. Техническое обслуживание компрессоров При проведении технического обслуживания ежедневно слесарем должна проводиться ревизия системы аварийной защиты, обеспечивающей световую и звуковую сигнализацию при повышении температуры сжимаемого воздуха выше допустимой и автоматическую остановку компрессора, и не реже одного раза в неделю должна проверяться система смазки компрессоров. Для смазки применяется масло в соответствии с инструкцией заводаизготовителя (зимой – ТП-22, летом – ТП-30). Партия масла ТП-22 (ТП-30) должна иметь заводской паспорт – сертификат с указанием физико-химических свойств масла. Перед заливкой в компрессор масло из каждой партии должно быть проверено лабораторным анализом на соответствие ГОСТу. Масло на участках должно храниться в специально предназначенных для этого закрытых емкостях, имеющих отличительную окраску и надпись «Чистое турбинное масло ТП-22 (ТП-30)».Отработанное масло необходимо хранить отдельно в других емкостях с надписью «Отработанное турбинное масло ТП-22 (ТП-30)». Отработанное масло должно регулярно сдаваться на регенерацию с последующим применением для других механизмов. На компрессорных станциях необходимо производить ежемесячные записи в журнале расхода турбинного масла. Ежесуточно должна проводиться проверка всех предохранительных клапанов компрессорной станции путем принудительного их открывания под давлением. Два раза в смену необходимо производить продувку влагомаслоотделителей. После аварийной остановки компрессора пуск его может быть произведен с разрешения лица, ответственного за безопасную эксплуатацию компрессорной станции. Ответственное лицо за ведение работ в компрессорной назначается приказам по шахтопроходческому управлению. При ежесуточном обслуживании компрессорной станции необходимо: – поддерживать компрессора и здание компрессорной станции в чистоте и порядке; – осмотреть компрессора и вспомогательное оборудование и убедиться в отсутствии утечек масла; при необходимости устранить утечки; – перед запуском компрессора слить конденсат из влагоотделителя, слить воду из маслоотделителя через сливной кран; – проверить ручным двукратным срабатыванием работоспособность предохранительного клапана. 292

При обслуживание через каждые 50 часов работы необходимо: – выполнить все работы ежедневного обслуживания (ухода); – проверить уровень масла в раме-баке и при необходимости долить до верхней отметки масломерного стекла; – проверить резьбовые соединения и при необходимости подтянуть ослабленные гайки и болты. При обслуживании через каждые 250 часов работы необходимо: – выполнить работы обслуживания через 50 часов; – разобрать масленые фильтры компрессора и промыть в керосине фильтрующие сетки и другие детали; – проверить состояние контрольно-измерительных приборов, электрических контактов и электрооборудования. При обслуживании через каждые 1000 часов работы необходимо: – выполнить все работы обслуживания через 250 часов работы; – выполнить анализ масла на следующие параметры: кинематическую вязкость при 50°С, кислотное число, содержание воды и механических примесей. При этом должны соблюдаться следующие предельно допустимые значения показателей качества эксплуатируемого масла: вязкость не должна отличаться от вязкости свежего масла более чем на 15%; кислотное число не выше 0,2 КОН на грамм масла; содержание воды – 0,05%. При превышении указанного содержания воды необходимо произвести отстой в маслобаке, после чего отстой слить; содержание механических примесей – не выше 0,01%. При превышении механических примесей 0,1% масло подлежит регенерации. – проверить износ подшипников. При среднеквадратичном значении виброскорости 7,1мм/с и более, подшипники необходимо заменить; – разобрать и промыть регулятор производительности, впускной и стравливающий клапаны. При необходимости заменить резиновую диафрагму в стравливающем клапане; – разобрать и осмотреть детали перепускного клапана. При необходимости тарелку клапана притереть к упору, изношенные детали заменить. После сборки клапана отрегулировать. – проверить перепад давления на фильтре маслоотделителя. При перепаде более 0,1 МПа необходимо заменить обмотку фильтра. При обслуживании через каждые 10000 часов работы необходимо: – разобрать компрессор, осмотреть узлы, промыть в керосине, зачистить проявившиеся места касания, зазоры; – заменить при необходимости роликовые и шариковые подшипники. При обслуживании в период длительной остановки необходимо: – в случае бездействия более одного месяца не реже раза в месяц произвести пуск компрессора на 15-30 мин в соответствии с инструкцией завода изготовителя; – если компрессор снимается с эксплуатации на срок свыше 3-х месяцев, то необходимо произвести его консервацию. 293

Для обслуживания блока охлаждения масла (радиатора для охлаждения масла) необходимо: – через каждый год эксплуатации производить осмотр наружной поверхности с целью определения их состояния; – через каждые 3-4 года очищать теплообменную поверхность со стороны масла, со стороны воздуха от пыли и грязи; – через каждые 8 лет производить гидроиспытания трубного пространства. При необходимости частоту очистки и гидроиспытаний можно увеличить. 4. Требования к устройству и обслуживанию воздухопроводов Воздухопроводы должны прокладываться с уклоном 0,003 в сторону потребителей. В копре и на нижнем горизонте должны устанавливаться водоотделители. Устройство наружных нагнетательных воздухопроводов должно исключить возможность их внутреннего обмерзания. Для уплотнения сланцевых соединений участков воздухопроводов следует применять прокладки из специальной тепло- и маслостойкой резины с температурой воспламенения не ниже 350°С. Арматура должна быть пронумерована и иметь ясно видимые стрелки, указывающие направления вращения маховиков, а также стрелки, обозначающие «открыто» и «закрыто». Наружный осмотр открытых трубопроводов, находящихся под рабочим давлением, производится администрацией управления один раз в год. Результаты осмотра заносятся в «Книгу ремонта компрессора». Должностные лица шахтопроходческого управления несут личную ответственность за нарушения «Правил устройства и безопасной эксплуатации компрессорных установок и воздухопроводов» независимо от того, привело или не привело это нарушение к аварии или несчастному случаю. Они отвечают также за нарушения, допущенные их подчиненными. 5. Консервация компрессора Для консервации компрессора в условиях эксплуатации необходимо: – после останова компрессора слить масло из рамы-бака и блока охлаждения масла (радиатора); – залить в раму-бак 200-250 литров консервационного масла по ГОСТ 9.014-78 (К-17 или рабочего масла с присадкой АКОР-1 в количестве 5-10%). Произвести подготовку к пуску компрессора, произвести пуск компрессора и отработать 30 мин. с конечным избыточным давлением 0,8 МПа; – остановить компрессор. После остановки компрессора, проворачивать роторы категорически запрещается; – слить консервационную смазку из рамы-бака и блока охлаждения масла (радиатора); – оставшийся после слива слой масла и является консервирующим слоем. 294

Контрольные вопросы 1. Сущность и состав планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта стволопроходческого оборудования. 2. Виды технического обслуживания и ремонта в шахтном строительстве. 3. Периодичность наладочных и ремонтных работ оборудования при строительстве вертикальных стволов. 4. Состав работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту передвижных подъемных установок. 5. Требования к осмотру и техническому обслуживанию канатов и лебедок подвески проходческого оборудования. 6. Техническое обслуживание стволовых погрузочных машин КС-2у/40 и КС-1М после их монтажа. 7. Правила управления погрузочными машинами во время проходки ствола. 8. Состав работ ежесменного, профилактического, ежесменного технического обслуживания стволовых погрузочных машин. 9. Правила хранения и консервации стволовых погрузочных машин. 10. Техническое обслуживание, порядок работы и правила консервации пневматического грузчика с ручным вождением грейфера по забою КС-3. 11. Техническое обслуживание стволовых бурильных установок типа СМБУ и БУКС. 12. Требования к эксплуатации и техническому обслуживанию блочно-передвижных компрессорных станций.

295

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. Предисловие............................................................................................................. 3 Глава 1. Общие сведения о строительстве вертикальных стволов........ 5 1.1. Назначение стволов и их классификация........................................... 5 1.2. Способы проходки стволов ................................................................. 8 1.3. Современное состояние строительства вертикальных стволов ....... 9 Глава 2. Основные сведения о проектировании шахт и стволов ......... 11 2.1. Понятие проекта и проектирования.................................................. 11 2.2. Технико-экономическое обоснование .............................................. 12 2.3. Выбор строительной площадки ........................................................ 13 2.4. Задание на проектирование ............................................................... 15 2.5. Геологическая оценка месторождения............................................. 16 2.6. Рабочий проект строительства шахты.............................................. 17 2.7. Проектирование вертикальных стволов........................................... 20 Определение размеров поперечного сечения и пропускной способности ствола ........................................................................ 21

2.8. Основные периоды строительства горного предприятия............... 25 Подготовительный период строительства шахт .......................... 25 Первый основной период ............................................................... 27 Второй основной период ................................................................ 28 Пусковой период ............................................................................. 28

Глава 3. Оснащение стволов к проходке ................................................... 30 3.1. Общие положения .............................................................................. 30 3.2. Технологические схемы оснащения проходки стволов.................. 31 3.3. Унификация схем оснащения............................................................ 35 3.4. Основные принципы размещения проходческого оборудования . 36 Глава 4. Блочно-передвижное проходческое оборудование для оснащения стволов ........................................................................ 39 4.1. Общие сведения.................................................................................. 39 4.2. Блочно-передвижные проходческие подъемные машины. Примеры расчетов .............................................................................. 40 Правила расположение проходческих подъемных машин.......... 43 Порядок расчета диаграммы скоростей ....................................... 45 Примеры расчета и выбора подъемного каната .......................... 46

4.3. Блочно-передвижные компрессорные станции............................... 51 Расчет расхода сжатого воздуха и диаметра трубопроводов для проходки вертикального ствола и второго периода строительства ................................................................................. 54

4.4. Блочно-передвижные котельные ...................................................... 62 296

4.5. Блочно-передвижные проходческие лебедки.................................. 64 Основные требования к монтажу и эксплуатации проходческих лебедок.................................................................... 68 Управление лебедками, сигнализация и связь ............................ 69 Требования к канатам для подвески проходческого оборудования.................................................................................. 70

4.6. Блочно-передвижные вентиляторные установки. Выбор вентилятора. ........................................................................... 72 4.7. Блочно-передвижные трансформаторные подстанции и высоковольтные РУ ........................................................................... 85 Глава 5. Шахтные подъемные машины, прицепные устройства, канаты и сосуды ...................................................... 88 5.1. Общие сведения ................................................................................. 88 5.2. Конструкции подъемных машин ...................................................... 93 Выбор типа подъемной машины при оснащении......................... 94

5.3. Проходческие бадьи........................................................................... 96 5.4. Направляющая рамка....................................................................... 102 5.5. Прицепные устройства .................................................................... 103 5.6. Канаты для оснащения проходки вертикальных стволов ............ 106 Глава 6. Горные машины и оборудование для строительства стволов ........................................................................................... 109 6.1. Общие сведения ............................................................................... 109 6.2. Стволовые погрузочные машины с ручным вождением грейфера ............................................................................................ 110 6.3. Погрузочные машины с механизированным вождением грейфера ............................................................................................ 113 6.4. Стволовые бурильные машины и перфораторы ........................... 117 6.5. Подвесной проходческий полок ..................................................... 130 6.6. Оборудование для крепления стволов ........................................... 136 Глава 7. Вспомогательное оборудование при оснащении вертикальных стволов.................................................................. 145 7.1. Копровый комплекс ........................................................................... 145 7.2. Проходческие шкивы......................................................................... 151 7.3. Спасательные лестницы .................................................................... 156 7.4. Светильники ....................................................................................... 157 7.5. Стволовая сигнализация и связь....................................................... 160 7.6. Маркшейдерское обслуживание....................................................... 161

297

Глава 8. Расчет канатов для подвески проходческого оборудования................................................................................... 163 8.1. Расчет канатов для подвески проходческого полка........................ 163 8.2. Расчет канатов для подвески труб бетонного става........................ 166 8.3. Расчет и выбор канатов и лебедок для подвески стволовой передвижной опалубки ...................................................................... 168 8.4. Расчет и выбор канатов и лебедок для подвески остального оборудования, используемого при проходке ствола ...................... 169 Глава 9. Расчет электроснабжения при оснащении вертикальных стволов .................................................................. 171 9.1. Общие сведения.................................................................................. 171 9.2. Выбор оптимального напряжения .................................................... 173 9.3. Расчет электрических нагрузок......................................................... 174 9.4. Компенсация реактивной мощности ................................................ 177 9.5. Расчет воздушных и кабельных сетей на потерю напряжения...... 178 9.6. Выбор кабелей и проводов распределительной сети внешнего и внутреннего электроснабжения производственных объектов.... 180 9.7. Прокладка кабелей ............................................................................. 183 9.8. Телефонная связь................................................................................ 183 9.9. Пример схемы электроснабжения при строительстве шахты........ 184 Глава 10. Расчет теплоснабжения для оснащения проходки вертикального ствола ................................................................... 187 10.1. Общие сведения................................................................................ 187 10.2. Расчет тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий и сооружений ...................................................................................... 187 10.3. Расчет тепловой энергии на хозяйственно-бытовые и 10.4. Расчет тепловой энергии на потери в тепловых сетях.................. 191 10.5. Расчет тепловой энергии на нагрев воздуха, подаваемого в ствол (на шахтную калориферную установку)................................ 192 10.6. Определение расхода тепловой энергии на вентиляцию зданий .... 193 Глава 11. Здания и сооружения общего назначения на поверхности шахты ....................................................................... 194 11.1. Общие сведения................................................................................ 194 11.2 Административно-бытовые комбинаты .......................................... 195 11.3. Здание для обслуживания бурильных установок.......................... 198 11.4. Механические мастерские ............................................................... 198 11.5. Помещение для зарядки патронов-боевиков ................................. 199 11.6. Временные очистные сооружения .................................................. 199 11.7. Инженерные коммуникации............................................................ 200 Водоснабжение ............................................................................... 201 Тепловые сети ................................................................................ 202 Канализация.................................................................................... 203

11.8. Резервуары противопожарного запаса воды и насосные станции............................................................................. 205 11.9. Бетонорастворные узлы ................................................................... 205 298

Глава 12. Оснащение для проходки устья и технологического отхода вертикального ствола ...................................................... 210 12.1. Общие сведения ............................................................................... 210 12.2. Схемы оснащения ............................................................................ 212 12.3. Оснащение для проходки устьев обычным способом.................. 215 12.4. Оснащение для проходки устьев с применением опускной крепи.................................................................................................... 221 12.5. Оснащение для проходки под сжатым воздухом.......................... 229 12.6. Оснащение для проходки с предварительным замораживанием 232 12.7. Оснащение для проходки с тампонированием горных пород ..... 246 Глава 13. Оснащение стволов для армирования ..................................... 258 13.1. Общие сведения ............................................................................... 258 13.2. Оборудование, приспособления и инструменты для армирования ствола ......................................................................... 259 13.3. Проветривание. Снабжение сжатым воздухом ............................. 269 13.4. Оборудование и инструменты для маркшейдерских работ. Шахтные отвесы................................................................................. 270 13.5. Требования к оборудованию, зданиям и сооружениям на поверхности ................................................................................... 273 Глава 14. Техническое обслуживание и ремонт оборудования вертикальных стволов.................................................................. 277 14.1. Общие сведения ............................................................................... 277 14.2. Планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта стволопроходческого оборудования .. 277 14.3. Виды и регламенты технического обслуживания и плановых ремонтов ........................................................................................... 278 14.4. Нормативно-техническая документация и периодичность наладочных и ремонтных работ при строительстве и эксплуатации шахт ....................................................................... 279 14.5. Техническое обслуживание и ремонт оборудования при проходке стволов ............................................................................. 280 Техническое обслуживание и текущий ремонт подъемных установок МПП-17,5, МПП-9, МПП-6,3.......................................... 280 Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт проходческих лебедок и подвесного оборудования .................... 283 Техническое обслуживание стволовых погрузочных машин типа КС-2у/40, КС-1М, КС-3 ........................................................... 285 Техническое обслуживание бурильных установок типа СМБУ и БУКС .................................................................................. 290 Техническое обслуживание компрессорных станций ПКС-150/8 в блочно-передвижном варианте с компрессорами 6ВКМ-25/8 и 6ВВ-25/9.......................................... 290

299

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Барановский И.В., Першин В.В, Баранов Л.В., Строительство и углубка вертикальных стволов. - М.: Недра, 1995. - 262 с. 2. Больдт X. Выбор места заложения шахтного ствола "Рейнберг" // Глюкауф- 1989,- №13/14.- С. 10-13. 3. Волков В.П. Выбор оптимального подъемно-погрузочного комплекса для проходки вертикальных стволов // Шахтное строительство. -1989. -№11.- С. 9-12. 4. Гузеев А.Г., Гудзь А.Г., Пономаренко А.К. Технология строительства горных предприятий - Киев; Донецк: Выща шк., 1986. - 392 с. 5. Дуглас А.Б., Пфутцентройтер Р.Б. Уровень развития строительства шахтных стволов в ЮАР // Глюкауф - 1990. - №5/6 - С. 34-36. 6. Инструкция по приготовлению и применению облегченных видов крепей с анкерами в вертикальных стволах. - Харьков:ВНИИОМШСЛ987. - 75 с. 7. Камин Н. Восходящее бурение скважины большого диаметра // Глюкауф-1990.-№8.-С. 25-27. 8. Кляйн Й., Рисе Х.-Г., Риттер X. Строительство ствола №8 шахты "София-Якоба" I с использованием замораживания пород //Глюкауф.-1987.-№22 - С. 15-18. 9. Корецкий Б.А, Корецкая З.Г., Шешин В.А. Резервы и пути повышения темпов проходки стволов в Кузбассе // Шахтное строительство.-1990.- №2. - С. 2627. 10.Люккер А. Особенности углубки и реконструкции шахтных стволов // Глюкауф.-1989.-№13/14. - С. 40. 11.Лютгендорф Х.О. Конструкции скользящей крепи для стволов, пройденных способом замораживания //Глюкауф-1985. -№19 - С. 25-29. 12.Лютгендорф Х.О. Тридцатилетний опыт применения крепи шахтных стволов со скользящим внутренним цилиндром // Глкауф.- 1986.-№17. - С. 19-23. 13.Машины и оборудование для проходки шахтных стволов. Каталог- М.: ЦНИЭИуголь, 1990.- С. 9-24. 14.И.Миндели Э.О., Тюркян Р.А. Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт. - М.: Недра, 1982 - 312 с. 15.Мюллер ГШ., Камин Н. Проходка шахтных стволов способом нисходящего и восходящего бурения // Глюкауф - 1990. - №7. - С. 25-28. 16. Мюллер Г. Современное состояние и перспективы развития бурения шахтных стволов // Шахтное строительство-1990. - №8. - С. 2-4. 17.Покровский Н.М. Технология строительства подземных сооружений шахт: Ч. П. Технология сооружения вертикальных, наклонных выработок и камер.-6-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1982. - 295 с. 18.Проектирование вертикальных стволов./ П.С. Сыркин, А.А. Привалов, И.А. Мартыненко, Е.М. Красунцев - Новочеркасск: НПИ, 1992. - 108 с. 19.Проектирование организации строительства угольных шахт/ И.К. Станченко, Е.В. Петренко, Ю.И. Свирский и др. - М.: Недра, 1979. - 340 с. 20. Рекордная углубка спинового ствола шахты "Тайбинская" / И.В. Барон300

ский, Л.П. Петров, А.А. Моналов и др. // Шахтное строительство.-1977.-№4. С. 23-25. 21.Сапронов В.Т., Барский Б.И., Клавдиев С.А. О совершенствовании организации оснащения стволов // Шахтное строительство.-1987. - №7. - С. 7-9. 22.Сапронов В.П. Опыт оснащения проходки вертикальных стволов: Обзорная информация / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - М.: 1985.-49 с. 23.Симпсон Э.Р. Основные проблемы проходки шахтных стволов в ЮАР // Глюкауф.-1989.-№13/14.-С. 26-33. 24.Смирняков В.В., Вихарев В.И., Очкуров В.И. Технология строительства горных предприятий: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1989 - 573 с. 25.Строительство и реконструкция угольных шахт / И.В. Баронский, Л.М. Ерофеев, Н.Р. Умнов, М.Г. Каравайцев -М: Недра, 1983. 26. Сыркин П.С. Упрочнение горных пород вокруг капитальных горных выработок // Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз. сб. Новочеркасск, 1997. - С. 102-106. 27.Сыркин П.С Опыт проходки технологической части стволов в глинах склонных к оплыванию // Научно-технические проблемы разработки месторождений, строительства и охраны горных выработок: Межвуз. сб. Новочеркасск, 1997. -С.295-299. 28.Технология строительства вертикальных стволов / П.С. Сыркин, Ф.И. Ягод-кин, И.А. Мартыненко, В.И. Нечаенко - М: Недра, 1997. - 454 с. 29.Технология оснащения вертикальных стволов для проходки / Сыркин П.С, И.А. Мартыненко, Ф.И. Ягодкин, В.И. Нечаенко, М.С. Данилкин - Новочеркасск: НГТУ, 1994. - 124 с. 30.Тоншайдт Г. Уровень развития буровой проходки стволов с использованием бесштанговых стволопроходческих машин//Глюкауф.-1989.-№13/14.19-26. 31.Трупак Н.Г. Специальные способы проведения горных выработок М.: Недра, 1976. - 376 с. 32.Углубка вертикальных стволов шахт / Ю.П. Шутько, А.Е. Морозов, Р.Т. Мордухович, А.Д. Супрун - М.: Недра, 1978.-267 с. ЗЗ.Федюкин В.А., Федунец Б.И. Реконструкция горных предприятий - М.: Недра, 1988. -304 с. 34.Чжан Янчен. Бурение шахтных стволов по водоносным неустойчивым породам на шахтах КНР // Глюкауф. - 1985.-Ш9.- С. 33-37. 35. Шахтное и подземное строительство// Б.А. Картозия, Ю.Н. Малышев, Б.И. Федунец, М.Н. Шуплик, П.С. Сыркин, Б.А. Филимонов, А.В. Корчак- М.: АГН 1999.Т. Г-607с. 36.Шахтное и подземное строительство // Б.А. Картозия, Ю.Н. Малышев, Б.И. Федунец, В.И. Смирнов, ЮЛ. Рахманинов, П.С. Сыркин - М.: АГН, 1999. Т. II - 472с

301

Учебное издание Петр Серафимович Сыркин Иван Андреевич Мартыненко Альберт Юрьевич Прокопов

ШАХТНОЕ И ПОДЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО Часть I Оснащение вертикальных стволов к проходке Редакторы: Н.А. Юшко, А.А. Галикян Компьютерный набор А.Ю. Прокопов ЛР № 020417 12.02.97 г. Подписано в печать 3.11.2000 г. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Печ. л. 17,44. Уч.-изд. л. 19,0. Тираж 125. С265. Заказ 2444 Южно-Российский государственный технический университет Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ Типография ЮРГТУ Адрес ун-та и типографии: 346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.