Из известных способов закрепления концов расстрелов наибольшее распространение получил способ заделки их в лунки бетонированием. Условия работы узлов крепления расстрелов к крепи ствола чрезвычайно тяжелые.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Способы крепления расстрелов жесткой армировкой

 

Конец расстрела воспринимает и передает крепи комплекс статических и динамических нагрузок. Статические нагрузки складываются из собственной массы армировки и усилий, возникающих в системе «порода-крепь-армировка» в случае проявления горного давления. Динамические нагрузки вызываются движением подъемных сосудов и проявляются в виде ударных воздействий и вибраций.

Эксплуатация армировки ведется в условиях повышенных притоков воды и агрессивности среды. Вследствие этого, в местах заделки концов расстрелов в крепи ствола наблюдается активная коррозия металла и бетона. Неоднократно производившиеся обследования стволов показали, что нарушение заделки расстрелов в лунках является одним из наиболее часто встречающихся дефектов армировки (до 30%), приводящих к ее отказу. Одной из причин этого дефекта следует считать некачественную заделку концов расстрелов в крепи ствола, связанную с технологией ведения работ.

 

Удельный вес факторов, определяющих отказы армировки

 

Причины расшатывания расстрелов

%, к общему числу отказов

Некачественная заделка лунок

60,4

Падение в ствол тяжелых предметов

14,0

Длительное действие нагрузки

7,0

Давление боковых пород

9,3

Недостаточная глубина заделки

7,0

Коррозия расстрелов в заделке

 

 

Нетрадиционный подход в совершенствовании армировки стволов связан с применением способов крепления расстрелов на анкерах (И.В. Доржинкевич, Ю.Н. Ермаков, Е.М. Маргулис, Ф.И. Ягодкин, Ю.Б. Пильч и др.), обеспечивающих повышение производительности, экономию средств, высоконадежное соединение армировки с крепью ствола, соблюдение сплошности крепи, возможность регулирования зазоров при установке и эксплуатации армировки, замену расстрелов без остановки стволов.

Таким образом, наиболее трудоемкой операцией при армировании следует считать разделку лунок и бетонирование в них концов расстрелов - 37-64%. Разделка лунок, в большинстве случаев осуществляется с использованием отбойных молотков или выбуриванием специальными установками. Ручной способ разделки лунок - одна из длительных и трудоемких операций, на которую расходуется до 40% трудовых затрат на армирование ствола. При этом следует учитывать, что глубина лунок в нормальных условиях составляет от 300 до 800 мм, а толщина бетонной крепи, в основном, колеблется от 300 до 500 мм. Поэтому, при разделке лунок возникает необходимость их углубления во вмещающие породы. В случае, если коэффициент крепости пород более 10, вручную выполнить эту операцию практически невозможно. В связи с этим, применяют буровзрывные работы, которые приводят к дополнительному увеличению трудоемкости на 10-15%. С целью снижения трудоемкости работ по разделке лунок, в последние годы находят применение бурильные установки, которые позволяют повысить производительность труда рабочих. Однако при необходимости заглубления лунок в породы с коэффициентом крепости более 5 производительность их снижается вдвое.

 Имеется незначительный опыт оставления лунок непосредственно при возведении бетонной крепи с помощью центрирующихся опалубок, который не исключает необходимость углубления их в породу до проектной величины. Разделка лунок всеми способами сопровождается нарушением сплошности крепи ствола, образованием трещин и, как следствие, снижением прочности крепи. Вследствие стесненности ведения работ не гарантируется качественная заделка лунок при установке расстрелов, что приводит к инфильтрации; воды в ствол и расшатыванию расстрелов в период эксплуатации подъема. За рубежом, а в последние годы, и в отечественной горнодобывающей промышленности, наметилась тенденция расширения применения способа крепления расстрелов анкерами. В ЮАР в стволе рудника Гартберсфонтейн глубиной 2 км, одновременно с проходкой было смонтировано до 2 тыс. т. металлоконструкций армировки с креплением расстрелов анкерами, заделанными в бетонную крепь.

В стволе №1 рудника «Дорнфонтейн», диаметром в свету 7,33 м, два крайних расстрела крепились четырьмя анкерами к бетонной крепи.

В ФРГ накоплен более чем 15-летний опыт применения крепления консолей и расстрелов анкерами. Фирмой «Дайльман-Ханиель» применяются анкеры-консоли, выполненные из одной или двух эмалированных труб.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Крепление расстрелов

а – анкеры-консоли из эмалированных труб; 1 – расстрел; 2 – анкер из эмалированной трубы; 3 – шпур; 4 – крепь ствола; 5 – консоль; 6 – пазы для регулирования.

б – консоли для крепления расстрелов; 1 – узел крепления проводника; 2 – консоль; 3 – коробчатый проводник; 4 – крепь ствола; 5 – анкер.

 

Эмалевое покрытие повышает износостойкость и долговечность армировки. Другими фирмами используются для крепления расстрелов консоли, закрепляемые анкерами. Специалисты высказывают мнение, что при выборе конструкции главное состоит не только в экономии средств, но и в получении высоконадежного соединения между консолью и элементом армировки, обеспечивающего возможность регулирования в горизонтальной плоскости в пределах 100-120 мм.

В Чехословакии на шахтах «Острава» и «Хандлова» для закрепления консолей применены анкеры различного типа и длины. Чаще всего они клинового типа с заполнением шпура цементным раствором. Разработана целая серия типов консолей, которые закрепляются двумя или четырьмя анкерами. В Венгрии на горнодобывающих предприятиях находятся в эксплуатации более десяти глубоких стволов, оборудованных жесткой армировкой с креплением расстрелов анкерами.

Ниже приводятся характерные для них технические решения армировки на примере клетевого ствола. Ствол диаметром 7,5м пройден на глубину 1118,5м и закреплен бетонной крепью толщиной 500 мм. Ствол оборудован двумя двухклетевыми подъемными установками с четырехэтажными клетями на две вагонетки в этаже. Масса груженой клети 31,5 т, скорость подъема - 16 м/с. Ствол армирован жесткой армировкой с расстрелами из швеллера №50 и проводниками из сварного профиля 160x160x12. Крепление расстрелов к бетонной крепи выполнено на регулируемых анкерах из толстостенных труб. Схема расположения проводников лобовая. Промежуточные горизонты оборудованы выдвижными проводниками. Ствол находится в эксплуатации с 1977г. Нарушений крепления расстрелов не наблюдается.

В Германии армированы и находятся в эксплуатации два ствола с креплением расстрелов анкерами. Клетевой ствол с диаметром в свету 7,1м пройден на глубину 900м и закреплен монолитной бетонной крепью толщиной 400м из бетона класса В20. Ствол оборудован двумя одноклетьевыми с противовесами подъемными установками. Клети четырехэтажные на две 1,5мм3 вагонетки в каждом этаже. Масса груженой клети 60т, максимальная скорость 12 м/с. Ствол армирован жесткой армировкой из сварных коробчатых профилей; проводники 177x162x16, расстрелы 173x162x12 мм. Шаг армировки 6м. Расположение проводников двухсторонне-лобовое. Крепление расстрелов осуществлено к бетонной крепи ствола регулируемыми клинораспорными анкерами из толстостенных труб диаметром 63 мм. Длина заделки анкера в бетон - 300-370 мм.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Армировка с креплением анкерами

а –клетевого ствола; б – скипового ствола

 

Скиповой ствол с аналогичным диаметром в свету и конструкцией крепи пройден на глубину 950 м. Ствол оборудован односкиповыми многоканатными установками с массой груженых сосудов 60 т и скоростью подъема 14 м/с. В стволе смонтирована жесткая армировка из сварных профилей: расстрелы 192x180x12, проводники 216x200x16 мм. Шаг армировки составляет 6 м. Крепление расстрелов аналогичное.

В Польской республике широко распространен способ закрепления элементов армировки в шахтных стволах с помощью анкеров. Крепление осуществляется с помощью анкеров из арматурной стали диаметром 30 мм, закрепленных полиэфирными смолами. Такие анкеры обладают сплошным защемлением на глубину заделки и имеют несущую способность 10 кН на 1 см длины стержня или 200-300 кН на анкер. Усиление защемления анкера через 10-20 мин. достигает 100 кН и 200 кН через 30 минут. Такая технология армирования стволов, по сравнению с традиционной, почти вдвое сокращает продолжительность работ. Выполненное в 1979-1980 годах обследование 20 стволов 13 шахт показало высокую надежность армировки. Нарушений армировки и аварий, связанных со способом закрепления расстрелов, выявлено не было.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Крепление деревянных расстрелов анкерами

а – шахта №2 Старо-Берикульского рудоуправления; б – Дарасунский рудник

 

В бывшем СССР крепление элементов армировки анкерами впервые было применено в горнорудной промышленности. На участке ствола №2 шахты Старо-Берикульского рудоуправления, пройденного овальным сечением по крепким мелкозернистым порфиритам, крепление деревянных расстрелов к стенкам ствола было осуществлено с помощью металлических анкеров. На двух стволах Дарасунского рудника, пройденных в крепких породах без крепления, деревянные расстрелы крепились с помощью клино-щелевых анкеров. На Рахмановском руднике в Кривбассе было осуществлено крепление расстрелов к крепи ствола распорными анкерами, закрепляемыми цементным раствором. На концах расстрелов устанавливались специальные башмаки с жесткой опорной плитой, которую выдвигали до упора с бетонной стенкой ствола. Предварительно ярус армировки сболчивался, выверялась правильность его установки. Затем через отверстия в плитах башмаков бурились наклонные шпуры диаметром 55 мм, глубиной 0,5- 1,2 м, которые вставлялись и закреплялись анкеры, К установленным анкерам гайками крепились плиты опорных башмаков. Пространство между плитами и стенкой ствола бетонировалось.

На Высоко горском руднике в стволе №11, пройденном в известняках с диаметром в свету 3м и закрепленном набрызг-бетоном, расстрелы закреплены также анкерами. При армировании углубляемого ствола шахты «Капитальная» Гомешевского рудоуправления институтом «УНИПромедь» предусмотрено крепление расстрелов с помощью специальных выдвижных консолей, прикрепленных штангами к породным стенкам ствола. Консоли представляют собой сварные гнутые конструкции из отрезков швеллеров.

На Высокогорском руднике в стволе №11, пройденном в известняках с диаметром в свету 5м и закрепленном набрызг-бетоном, расстрелы закреплены также анкерами. Установка расстрелов осуществлялась в последовательности: на три анкера устанавливали плиту с приваренным к ней уголком, с помощью клиновых подкладок ей придавалось нужное положение; на нижний уголок устанавливали расстрел; приваривали верхний уголок и заполняли раствором пространство между стенкой ствола и плитой.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Крепление расстрела анкерами в стволе

а – закрепленном набрызг-бетоном; б – узел крепления Унипромедь; 1 – расстрел; 2 – опорная плита; 3 – анкеры; 4 - консоли

 

Для армирования углубляемого ствола шахты «Капитальная» Гумешевского рудоуправления УНИПромедь был разработан проект крепления расстрелов с помощью выдвижных консолей, прикрепленных штангами к породным стенкам ствола. Консоли представляют собой сварные гнутые конструкции из отрезков швеллеров

ВостНИГРИ для крепления элементов армировки к неровным стенкам ствола разработаны узлы крепления расстрелов к породным стенкам ствола при их отклонении ±10 см и конструкция кронштейна, используемого вместо расстрела, если проводник отстоит от стенки ствола на расстоянии не более 1 м. При их разработке учтено требование равнопрочности по сравнению с заделкой расстрелов в лунки.

Технико-экономическими исследованиями различных способов крепления расстрелов на основе хронометражных данных установлено, что даже при сравнительно несовершенной технологии применявшихся способов элементов армировки анкерами они не более трудоемки, чем обычные.

Выполненными ВостНИГРИ технико-экономическими исследованиями различных способов крепления расстрелов на основе хронометражных данных было установлено, что даже при сравнительно несовершенной технологии применявшихся способов элементов армировки анкерами, они не более трудоемки, чем обычные. Большая работа по созданию надежных узлов крепления армировки анкерами для современных крупных подъемных установок проделана Криворожским горнорудным институтом. В основу их положена новая конструкция распорной штанги, обеспечивающая надежное закрепление расстрелов к стенкам ствола.

Выполненные расчеты и экспериментальные исследования показали, что узлы крепления расстрелов на штангах этого типа обеспечивают надежное закрепление расстрелов без смещения в процессе эксплуатации в породе и бетоне, а также дают возможность осуществить монтаж конструкций с требуемой точностью. Стендовые испытания узлов крепления расстрелов подтвердили высокую их работоспособность под вибронагрузкой, эквивалентной 25 годам службы армировки в условиях работающей подъемной установки. Такой узел крепления расстрелов содержит специальные кронштейны регулируемой конструкции для точной центровки расстрелов в пределах допускаемых отклонений и комплект штанг типа УШС.

Установка расстрелов осуществляется в такой последовательности с двухэтажного полка: с нижнего этажа подвесного полка с помощью шаблона производится разметка и бурение шпуров под штанги; устанавливаются и раскрепляются распорные штанги; устанавливаются и временно закрепляются опорные башмаки расстрелов; одновременно с верхнего подвесного полка устанавливаются расстрелы армировки, производится центрирование опорных башмаков и расстрельных балок и их закрепление. С целью определения экономической эффективности рассмотренного способа крепления расстрелов КГРИ было выполнено технико-экономическое сравнение в следующих вариантах:

- в лунках (разделка вручную);

- в лунках (пробуренных машиной СБЛ-1); на штангах УШС.

Расчеты производились применительно к скиповому стволу диаметром 7 м, оборудованному четырьмя скипами грузоподъемностью 50 т. Расстрелы армировки из коробчатого профиля 216x318 мм.

Известные способы крепления расстрелов анкерами могут быть обобщены приведенными ниже вариантами.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Способы крепления расстрелов жесткой армировкой

 

Вариант 1 предусматривает следующую технологию армирования. Ярус армировки собирают на верхнем этаже полка и закрепляют с помощью регулируемых болтовых соединений или электросварки и опорным кронштейнам, предварительно прикрепленным к стенка ствола анкерами с нижнего ряда полка. Опорные кронштейны выполняют сварными или литыми. Такая технология монтажа обеспечивает возможность смещения расстрела при монтаже в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также радиально. К недостаткам этого решения следует отнести дополнительные капитальные и трудовые затраты на изготовление и установку кронштейнов в стволе и монтаж расстрелов.

По варианту 2 опорные кронштейны образуют анкеры, выполненные из толстостенных труб. Все остальные процессы аналогично варианту 1. Вариант 3 предполагает, что расстрелы армировки изготавливают для каждого яруса индивидуально с учетом фактического отклонения крепи ствола от проектного. К торцам расстрелов приваривают опорные плиты с отверстиями для установки анкеров. В случае образования свободного пространства между опорной плитой и крепы ствола оно заливается бетоном. Недостатком этого варианта является необходимость индивидуального изготовления расстрелов для каждого яруса, а также недостаточная надежность армировки, так как бетон, уложенный между плитой и крепью ствола, в период эксплуатации разрушается. По варианту 4 концы расстрелов имеют раздвижные устройства, регулирующие их длину в зависимости от положения стенки ствола. Опорные плиты прижимаются к стенкам ствола анкерами. Такая конструкция расстрела осложняет его изготовление и снижает эксплуатационные качества армировки.

Вариант 5 является наиболее технологичным способом крепления расстрелов анкерами. Данная технология разработана специалистами треста «Донецкшахтопроходка» (ШПСУ №3) и НИИОМШСа и позволяет исключить негативное влияние отклонений крепи на эффективность крепления расстрелов анкерами, при этом роль промежуточных консольных элементов выполняют концы анкеров, выдвинутые в ствол на величину радиального отклонения крепи ствола и образующие пространственную конструкцию, равнопрочную расстрелу.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Узел крепления расстрела

1 – расстрел; 2 – опорная плита; 3 - анкер

 

Благодаря этому, исключается применение промежуточных консолей и дополнительных болтовых соединений для закрепления к ним расстрелов. Эта технология прошла проверку на ряде шахт горнодобывающей промышленности Украины и стран СНГ.

Современный уровень научных и инженерно-технических знаний об армировании вертикальных стволов и передовой практический опыт технологии армирования накоплен в результате работ, исследований и внедрений, проведенных крупными отечественными учеными и инженерами. Значительный вклад в исследование процессов взаимодействия движущихся подъемных сосудов с жесткой армировкой, а также расчет и проектирование ее конструкций, внесен И.В. Баклашовым, Н.Г. Гаркушей, В.И. Дворниковым, О.А. Залесовым, А.А. Храмовым и другими учеными, труды которых явились научно-методической основой создания методики расчета жестких армировок вертикальных стволов. Эта методика прошла широкую промышленную проверку и положена в основу разработки типовых материалов. В указанных выше работах и нормативных материалах рассматривалась жесткая армировка с креплением концов расстрелов бетонированием в лунках крепи ствола.

Проблемы крепления расстрелов на анкерах оставались неизученными. Вопросы крепления расстрелов армировки на анкерах, включая методические основы расчета и технологии монтажа, глубоко изучены в работах И. Б. Доржинкевича, Ю. Н. Ермакова, Е.Б. Петренко, А.В. Самонина, А.Ю. Прокопов, С.Г. Страданченко, М.С. Плешко и др. На базе этих исследований разработано руководство по проектированию вертикальных стволов шахт с коробчатыми проводниками.

Анализ приведенных данных позволяет сделать вывод, что конструктивно узлы крепления расстрелов армировки анкерами могут быть разделены на две группы:

опорные плиты, приваренные к концам расстрелов, крепятся анкерами непосредственно к стенкам ствола. Длина расстрелов регулируется специальными устройствами или принимается постоянной с минусовым допуском. При этом расстояние между опорной плитой расстрела и крепью может изменяться от 0 до некоторой величины Δ;

концы расстрелов закрепляются с помощью регулируемых болтовых соединений к опорным кронштейнам, предварительно прикрепленным анкерами к стенкам ствола.

С целью обеспечения требуемой точности монтажа конструкции узлов крепления армировки к стенкам ствола должны обеспечивать возможность регулирования положения расстрела в сечении ствола в продольном и поперечном направлениях. Необходимые значения величины регулирования положения расстрела определяются двумя факторами: Δмон - величина регулирования, обеспечивающая точность монтажа; Δкр - величина регулирования, обусловленная радиальным отклонением крепи ствола.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Определение величин регилирования консоли

 

Для крепления элементов армировки к стенкам ствола применяются следующие типы анкеров: закрепляемые быстротвердеющими органическими и неорганическими вяжущими, клинораспорные.

Наиболее эффективными являются анкеры, закрепляемые быстротвердеющими вяжущими, обладающими стабильным качеством крепления, долговечностью, высокими прочностными характеристиками. В качестве вяжущих применяют смеси из расширяющихся цементов, металлургических шлаков и ускорителей схватывания (неорганические вяжущие), а также смол (органические вяжущие).

Анкеры изготавливают из толстостенных труб  ГОСТ 8734-75 или из стали арматурной периодического профиля классов A-II и A-III ГОСТ 5781-82.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Анкеры для крепления элементов армировки

а – трубчатый; б – из периодического профиля; в – из периодического профиля с жестким зацеплением

 

Клинораспорные анкеры для крепления расстрелов применяют двух типов: трубчатые и универсальные штанги стволовые конструкции Криворожского горнорудного института УШС.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Анкер трубчатый клинораспорный

1 – штанга с коническим клином; 2 – труба толстостенная; 3 – опорная шайба; 4 – опорная плита; 5 – шайба; 6 - гайка

 

Анкеры трубчатые клинораспорные изготавливают из толстостенных труб ГОСТ 8734-75 и закрепляют в шпурах, пробуренных, как правило, в крепи ствола или прочных породах.

Штанга клинораспорная типа УШС выполнена в виде стержня диаметром 30 мм, ступенчатого клина, опорной шайбы и гайки. Головка стержня представляет собой многоступенчатый клин с различной длиной ступеней. На противоположной стороне стержня имеется резьба. Длина наклонных площадок клина соответствует клиновым площадкам стержня. Поверхность клина, контактирующая со стенкой шпура, может быть ребристой или гладкой.

Армировка шахтного ствола с расстрелами на анкерах

Металлическая штанга типа УШС

а – для крепления в бетоне и породах средней крепости; б – для крепления в твердых породах; 1 – стержень; ступенчатый клин; 3 – опорная шайба; 4 - гайка

 

При установке штангу вводят в собранном виде в шпур. На необходимой глубине клин установочной планкой подвигают до контакта со стенками шпура. Штангу можно раскреплять с помощью гайковерта или специального установочного гидродомкрата. Извлекая штангу, стержень подают вглубь шпура, при этом распорный клин выходит из контакта со стенками шпура и занимает исходное положение в головке стержня. Извлеченная штанга может быть использована повторно.

Различная длина ступеней клина и стержня штанги, а также ограничение длины первых ступеней клиньев до 2, 5-3 диаметров штанги позволяют перераспределить усилия в головке стержня по всей длине клиньев и тем самым повысить грузонесущую способность штанги до (10-12)-104 Н.

Проведенные теоретические расчеты и производственные испытания показали, что узлы крепления расстрелов на штангах обеспечивают надежное закрепление их в породах различной крепости и в бетоне. Расстрелы, закрепленные на штангах, имеют повышенную в 1,4 раза жесткость (по сравнению закреплением расстрелов в лунках) и позволяют монтировать.




Теги: расстрел, ствол, крепь, армировка, анкер. Просмотров: 1613
Другие новости по теме: