Проведение и крепление горизонтальных выработок

27.12.2016

Параметры и способы проведения горизонтальных выработок. В комплекс горизонтальных разведочных выработок входят штольни, квершлаги, штреки и рассечки.
Штольня может применяться в качестве отдельной разведочной выработки, не зависящей от других выработок; все остальные выработки используются в различных сочетаниях; это в известной степени отражается на технологии их проведения.
Форма поперечного сечения выработок (выбор которой зависит в основном от свойств пород, направления горного давления и конструкций крепи) может быть сводчатой, прямоугольной, трапециевидной, арочной и круглой.
Сводчатая форма характерна для горных выработок, пройденных в крепких устойчивых породах без крепления. Сводчатую форму имеют также выработки с штанговой или монолитной бетонной крепью.
Прямоугольную и трапециевидную формы придают горным выработкам, закрепленным деревом или сборным железобетоном; прямоугольные выработки закрепляют также штанговой крепью.
Арочную и круглую формы придают выработкам, закрепленным металлическими и сборными железобетонными крепями.
Размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок зависят от их назначения.
Горноразведочные выработки проводят с минимальной площадью поперечного сечения, обеспечивающей механизацию пюгрузочно-транспортных операций, безопасность работ и нормальные условия труда.
При проведении выработок без крепления или с штанговой крепью (без верхняков) расчетными размерами являются размеры выработки в проходке. Для выработок, проводимых с креплением, рассчитывают поперечное сечение в свету и от него переходят к поперечному сечению в проходке (высота выработки увеличивается при неполной крепежной раме на диаметр верхняка и толщину затяжки, принимаемой равной 50 мм, ширина выработки увеличивается на диаметры двух стоек и удвоенную толщину затяжек, равную 100 мм).
Высота выработки в свету должна быть не менее 1800 мм (в выработках с рельсовыми путями высоту измеряют от уровня балласта пути). При сводчатой форме выработки высота ее складывается из высоты вертикальной стенки и высоты свода, принимаемой равной одной четверти или одной трети ширины выработки.
Проведение и крепление горизонтальных выработок

При расположении трубопроводов над проходами для людей высота подвески трубопроводов над почвой выработки или дощатым настилом должна быть не менее 1,8 м; вследствие этого высота выработки увеличивается.
Ширина выработки в свету определяется регламентированными величинами минимальных зазоров между крепью (или стенками в незакрепленных выработках или в выработках, закрепленных штанговой крепью) и размещаемым оборудованием (включая транспортное). Зазоры должны быть не менее 0,7 м с одной стороны выработки (для свободного прохода людей) и не менее 0,25 м с другой стороны. Ширина свободных проходов должна быть выдержана до высоты 1,8 м. Свободные проходы должны располагаться с одной и той же стороны выработки на всем ее протяжении.
Исключение из этого правила допустимо для коротких разведочных штолен и рассечек, проводимых без устройства рельсовых путей при доставке породы скреперами от забоя до устья выработки. В этих выработках свободный проход для людей рядом со скреперной дорожкой не оставляется, так как при работе скрепера нахождение людей в выработке на пути скреперования запрещено.
При разведке месторождений, как правило, проводят одно-•путные выработки; двухпутные участки выработок устраивают в местах разминовок.
Расстояние между осями двух параллельных участков пути должно быть таким, чтобы зазор между электровозами или вагонетками, установленными на этих путях, был не менее 0,2 м.
С учетом размеров зазоров, а также ширины погрузочнотранспортного оборудования определяют ширину выработки.
Рекомендуемые ЦНИГРИ сечения разведочных горизонтальных выработок даны в табл. 46. Выбор этих сечений предлагается производить с учетом длины выработки, определяющей механизацию погрузочно-транспортных работ. Некоторые из типовых, сечений представлены на рис. 152.
Проведение и крепление горизонтальных выработок

Наиболее короткими обычно бывают рассечки, особенно проводимые из штреков или штолен вкрест простирания крутопадающего месторождения; длина этих выработок иногда измеряется метрами. На стадиях предварительной разведки характерно проведение штолен небольшой длины.
Наиболее длинными выработками являются подходные штольни и штреки; длина их в отдельных случаях измеряется километрами.
Проведение и крепление горизонтальных выработок

Длина выработок определяет объем и концентрацию проходческих работ, вследствие чего от нее в общем случае зависит степень механизации основных производственных операций и выбор средств этой механизации (от чего, в свою очередь, зависят размеры поперечных сечений выработки). Длина выработки определяет также способ ее проветривания.
При комплексах взаимосвязанных разведочных выработок для установления объема работ и степени механизации следует учитывать суммарную длину выработок. По суммарной длине выбирают средства механизации производственных операций и в большинстве случаев размеры поперечного сечения выработок (за исключением размеров коротких рассечек, которые обычно целесообразно выбирать меньшими по сравнению с штольнями и штреками).
Проведению штолен предшествуют работы по выемке некоторого количества породы на склоне поверхности с образованием открытой выработки, называемой «врезкой», в вертикальной стенке которой и начинается проходка штольни.
При крутых склонах врезка образуется из уступа, а при пологих склонах — в результате проведения в направлении запроектированной штольни горизонтальной траншеи (рис. 153).
Перед началом проведения устья штольни вертикальную стенку врезки закрепляют временной или постоянной крепью. На склоне выше врезки проводят водоотводную канаву, а на горизонтальной площадке перед устьем устанавливают необходимое оборудование.
Проведение и крепление горизонтальных выработок

Проведение первых метров штольни обычно осуществляют без взрывных работ с использованием отбойных молотков. Оформление портала штольни показано на рис. 154. Приустьевую часть выработки закрепляют сплошной деревянной крепью или другими видами крепи.
Способы проведения горизонтальных выработок по аналогии с проведением стволов делят на обычные и специальные.
Среди обычных способов различают проведение выработок в однородных крепких породах, в однородных мягких породах и в неоднородных породах.
Специальные способы применяют при проведении выработок в неустойчивых и обводненных породах.
Проведение горизонтальных выработок в однородных крепких породах. Значительное количество разведочных горизонтальных выработок проводят в однородных крепких породах; к этим выработкам относятся в большинстве случаев штольни, квершлаги, полевые штреки и рассечки, проводимые из штолен, штреков и восстающих.
В технологический процесс проведения входят следующие основные операции: буровзрывные работы, проветривание, уборка породы и при необходимости крепление выработки. К вспомогательным операциям относят путевые работы, прокладку труб, кабелей и др.
В породах невысокой крепости целесообразно применять бурение ручными, а при значительных размерах поперечного сечения выработки — колонковыми электросверлами.
Взрывание шпуров осуществляется огневым и несколько реже электрическим способами; при проходке рассечек из шурфов или восстающих применяется электровзрывание.
Способ проветривания забоя выбирается в зависимости от. условий проходческих работ.
После проветривания выработки осматривают результаты взрыва и приводят забой в безопасное состояние. Вслед за этим убирают породу из выработки. Способ уборки зависит от типа и параметров выработки. Из рассечек длиной до 3—6 м породу убирают вручную (перелопачиванием) и грузят ее или в вагонетку, находящуюся в горизонтальной выработке, из которой проводят рассечку, или в рудоспускное отделение восстающего, если эту рассечку проводят из восстающего. Скреперная уборка породы эффективна из штолен и рассечек небольшой длины (до 40 м и редко более). Применяемые схемы скреперования показаны на рис. 155.
Проведение и крепление горизонтальных выработок

Скрепером можно убирать породу из забоя штольни непосредственно в отвал, расположенный на склоне ниже устья выработки. Скреперную уборку породы из забоя рассечки, пройденной из шурфа, можно производить или непосредственно в подъемный сосуд (бадью или скип), или с разгрузкой породы в небольшой бункер, из которого ее выгружают в скип. Из рассечки, пройденной над откаточной выработкой (штольней или штреком), породу скреперуют непосредственно в вагонетку. Породу из рассечки, пройденной из восстающего, можно убирать скрепером в рудоспускное отделение этой выработки. Скреперная уборка породы из рассечек позволяет проводить эту выработку минимальным сечением и исключает необходимость прокладки в них рельсовых путей.
Выработки большой длины (в том числе и рассечки) проводят с такой площадью по-перечного сечения, при которой возможна погрузка породы погрузочными машинами, а откатка — аккумуляторными электровозами.
Разведочные выработки в устойчивых породах проводят без крепления. При недостаточной устойчивости пород выработки крепят обычно деревянными неполными крепежными рамами трапециевидной формы.
Трубопроводы и электрические коммуникации подвешивают в выработках с помощью простых подвесных устройств (рис. 156).
Проведение и крепление горизонтальных выработок

При наличии надлежащих средств механизации целесообразно проектировать выполнение одного цикла проходческих операций в смену. На рис. 157, а представлен примерный график организации работ при проведении штольни (рассечки) небольшой длины со скреперной уборкой породы и креплением. R проходческом цикле выделяется время на составление геологической документации. На рис. 157,б показан примерный график проведения горизонтальной выработки без крепления с использованием погрузочной машины и электровозной откатки.
Средняя скорость проведения горизонтальных разведочных выработок составляет 60 м/мес.
В одной из экспедиций Министерства геологии России было организовано скоростное проведение горизонтальной выработки с площадью поперечного сечения 6,4 м2 в крепких породах, причем частично в осложненных горно-геологических условиях (тектонические нарушения и большой водоприток). Проходческие работы выполнялись в четыре смены, при этом проходческая бригада, состоящая из 23 чел., делилась на 4 звена. Члены бригады выполняли все основные операции проходческого цикла. Многоперфораторное бурение (в забое пробуривалось 26 шпуров), использование комбинированной схемы проветривания, машинная уборка породы из забоя с ручной откаткой до накладной разминовки, расположенной не далее 20 м от забоя, позволили в устойчивых породах делать три проходческих цикла в смену (рис. 158).
Проведение и крепление горизонтальных выработок

При пересечении выработкой зон нарушений со значительным водопритоком продолжительность цикла увеличивалась до 3 ч (на этих участках выработку крепили неполными крепежными рамами или подвесными верхняками; отставание крепи от забоя составляло 3—10 м).
Выполнение графика организации работ обеспечило высокую скорость проходки (до 291 м/мес) при производительности труда проходчика 12,7 м/мес.
При проведении комплекса разведочных горизонтальных выработок (например, штреков с рассечками) создаются благоприятные условия для применения многозабойного метода проходки.
При хорошей организации работ наличие нескольких одновременно проводимых забоев обеспечивает возможность устранения простоев (в частности, связанных со взрывными работами и проветриванием), наибольшее уплотнение рабочего времени и дифференциацию труда. При этом возрастают производительность труда и скорость проведения каждой выработки.
При проведении горизонтальных выработок в крепких породах наибольшее распространение многозабойная проходка получила в Сосновской экспедиции Министерства геологии России.
Технология проведения эксплуатационных горизонтальных выработок в крепких породах аналогична рассмотренным выше. Специфика выполнения проходческих операций, определяемая значительными размерами выработок и более высокой степенью механизации работ, сводится в основном к следующему:
1. Более широкой области применения многоперфораторного бурения с использованием мощных бурильных машин, манипуляторов и буровых установок, пневмозарядчиков и электрического взрывания.
2. Использованию мощных погрузочных машин, перегружателей, вагонеток большой емкости и мощных рудничных электровозов.
3. Применению (при необходимости) временной и, кроме того, постоянной крепи различных конструкций с использованием машин для возведения крепи (манипуляторов, крепеукладчиков, передвижных установок для бетонирования горных выработок и машин для установки штанговой крепи).
Проведение горизонтальных выработок в однородных мягких породах. В однородных мягких породах горизонтальные разведочные выработки проводят сравнительно редко; в основном к этим выработкам относятся рассечки, проводимые из шурфов на контакте наносов и коренных пород.
При проведении выработок по мягким породам из цикла проходческих операций исключаются буровзрывные работы. Породу отбивают вручную лопатами, отбойными молотками и пневмоломами. Интенсивность проветривания выработки значительной длины выбирается по числу работающих в забое и минимально допустимой скорости движения воздуха в выработке.
Операции уборки породы из выработки аналогичны изложенным выше; большее распространение имеет ручная погрузка породы в вагонетки.
Выработки, проводимые в мягких породах, крепят крепёжными рамами; операции крепления уделяется большое внимание. Так как породы могут быть малоустойчивыми, во многих случаях допустимо минимальное отставание крепи от забоя, иногда применяют временную крепь (стойки) в призабойном пространстве и даже опережающую (забивную) крепь.
На горных предприятиях проведение горизонтальных выработок в однородных мягких породах имеет широкое распространение. Выработки проводят по вмещающим породам, а также по полезному ископаемому.
Способы проведения выработок более разнообразны; выработки проводят с помощью отбойных молотков, буровзрывных работ, с применением средств гидромеханизации, комбайнами и проходческими механизированными комплексами.
Проведение выработок комбайнами обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей.
На производительность проходческих комбайнов значительное влияние оказывает продолжительность остановок, связанных с возведением крепи. С целью сокращения простоев комбайнов применяют различные конструкции временной металлической гидрофицированной крепи, обеспечивающей поддержание кровли в призабойном пространстве и перенесение операции возведения постоянной крепи на некоторое расстояние.
При комбайновой проходке горных выработок по углю достигнуты скорости, превышающие 2000 м/мес.
Проходческие механизированные комплексы состоят из комбайна, временной передвижной крепи и подвижного состава. На рис. 159 показан проходческий механизированный комплекс ПМК, предназначенный для проведения выработок трапециевидной формы.
Проведение и крепление горизонтальных выработок

Проведение горизонтальных выработок в неоднородных породах. Под особенностями проведения горизонтальных выработок в неоднородных породах понимают изменения технологии и организации работ, связанные не с последующим пересечением выработкой толщ пород с различными свойствами, а с тем, что площадь забоя проводимой выработки состоит из более или менее четко разделенных друг от друга различных пород.
Практическое значение эти изменения приобретают при проведении разведочных рассечек из шурфов по границе между наносами и коренными породами и разведочных или эксплуатационных штреков по жиле или пласту небольшой мощности.
При этом отметим, что в одних случаях выемка пород с различными свойствами или полезного ископаемого и вмещающих пород может осуществляться совместно (при этом изменений в технологическом процессе проходки не произойдет), в других случаях раздельная выемка изменяет технологию проведения выработки.
Раздельную выемку пород в забое рассечки применяют в основном в связи с различной крепостью наносов и коренных пород, предопределяющей разные способы отбойки (лопатами, разборка кайлами и кирками и взрывное рыхление).
При проведении штреков с раздельной выемкой пород забой делят на две части — опережающую (обычно по полезному ископаемому) и отстающую — по породе. Опережение рудного (угольного) забоя по отношению к породному определяется применяемыми способами отбойки.
При проведении разведочных штреков раздельная выемка руды необходима для валового опробования, целесообразна она и в целях попутной добычи полезного ископаемого при разведке месторождения.
Проведение штреков с раздельной выемкой руды и породы применяют даже при весьма тонких жилах ценных руд. При этом опережение рудного забоя составляет обычно 0,6—0,8 м. Руду отбивают отбойными молотками или с помощью буровзрывных работ (небольшими зарядами в неглубоких шпурах малого диаметра). После выдачи руды из выработки приступают к отбойке породы с последующей ее уборкой.
По углю штреки с раздельной выемкой проводят преимущественно при мощности пластов более 0,5 м. Существуют два способа проведения: узким и широким забоем. Особенности проведения штрека узким забоем заключаются в выемке угля с помощью буровзрывных работ или отбойными молотками и подрывке (в контуре штрека) вмещающих пласт пород. Забой по углю опережает породный забой на 0,5—4 м.
Проведение штреков по углю широким забоем применяют наиболее часто при пологом залегании пластов, иногда его называют проведением штрека с раскоской. При этом способе уголь из пласта вынимают и за пределами контура штрека, образуя выработку, называемую раскоской. Высота ее равна мощности пласта, а ширину устанавливают из расчета размещения в этой выработке породы, получаемой при подрывке в пределах контура штрека. Породу не удаляют из выработки, а размещают в раскоске, оставляя в дальнем от штрека конце ее незаложенным пространство шириной 1,5—2 м; образуемая таким образом выработка называется «косовичным» просеком.