Строительство околоствольного двора включает комплекс работ, связанных со строительством протяженных выработок, сопряжений, камер и монтажа технологического оборудования. Продолжительность и другие показатели строительства околоствольного двора определяются технологией и сроками проведения отдельных выработок, а также порядком и фронтом развития проходческих и монтажных работ.
В ПОС технологию проведения отдельных выработок иногда не разрабатывают, а сроки их сдачи определяют по установленным нормативам, на основе которых составляют календарный план и график, устанавливающие порядок строительства выработок и число одновременно действующих забоев, потребность в материально-технических ресурсах с распределением по годам (месяцам) строительства, а также сроки поставки технологического оборудования. Если учесть, что некоторые выработки околоствольного двора попадают в цепь главного направления, то разработка технологии и расчетное обоснование сроков их сооружения имеют существенное значение в ПОС. Кроме того, необходимо учитывать, что своевременный ввод в эксплуатацию ряда комплексов околоствольного двора (комплекс водоотлива, электроподстанция, гараж-зарядная, склад BМ, комплекс загрузочного устройства породного скипового подъема) оказывает существенное влияние на срок начала и объем максимального разворота по строительству предприятия.
Выработки околоствольного двора в цепи главного направления, а также перечисленные комплексы являются первоочередными объектами для разработки ППР.
К исходным данным при проектировании строительства околоствольного двора относятся: чертеж плана околоствольного двора со всеми размерами, разрезами и сечениями выработок; объемы работ по конструктивным элементам с указанием пикетов (пунктов обмера); данные по пропускной способности околоствольного двора и основному технологическому оборудованию; производительность постоянных средств транспорта; геологический разрез пород в пределах околоствольного двора: заданные или нормативные (оптимальные) скорости проведения выработок главного направления и сроки готовности основных комплексов околоствольного двора к максимальному развороту работ согласно разработанной технологической схеме строительства шахты или рудника.
1. Устанавливают скорости строительства выработок околоствольного двора на основе детальной разработки технологии их проведения по процессам с выбором и обоснованием проходческого оборудования. Месячные нормативы устанавливаются в зависимости от конструктивной сложности выработки, характеристики трудоемких процессов. Нормативную скорость проведения протяженных выработок принимают до 1000 м3/мес в свету, скорость на главном направлении устанавливают 600 м3/мес , в остальных случаях - 500 м3/мес.
Месячные нормативы и расчет скоростей проведения выработок необходимо увязывать с характеристикой пересекаемых пород, для чего на план околоствольного двора наносят геологический разрез.
2. Порядок проведения отдельных выработок на календарном плане устанавливают по их значимости в обеспечении максимального развития работ по строительству предприятия. В первую очередь планируют проведение выработок в цепи главного направления на выход к пластам угля. Обычно в эту цепь входят грузовая и порожняковая части ветви вспомогательного ствола, затем главная откаточная выработка в пределах околоствольного двора.
1 — скиповой ствол; 2 — клетевой ствол; 3 — угольная погрузочная яма; 4 — породная погрузочная яма; 5 — камера ожидания; 6 -— камера медпункта; 7— камера центральной электроподстанции; 8 — камера главного водоотлива; 9 — трубный ходок; 10 — водосборник; 11 — камера осветляющих резервуаров; 12 — камера обезвоживающей установки; 13 — депо противопожарного поезда; 14— гараж-зарядная; 15 — ремонтная мастерская; 16 — камера выпрямительной подстанции; 17 — склад ВМ; 18 — путь для стоянки пассажирских составов; 19 — санузел
а, б— круговой соответственно перпендикулярный и параллельный;в— петлевой
Забои на главном направлении комплектуют лучшими проходческими бригадами
Каждая проходческая бригада в местах пересечения или сопряжения выработок обязана делать засечки ответвлений выработок на длину не менее3 ми укладывать в этом месте стрелочные переводы, что должно учитываться при составлении плана. На главном направлении с целью сокращения срока строительства сложные узлы и пересечения оставляют на прочной временной крепи. Постоянную крепь возводят бригады второстепенного направления, которые подходят к этим узлам другими забоями или начинают от них проведение примыкающих выработок.
Как только позволит развитие фронта работ на главном направлении, вводят в число действующих встречные забои на главной откаточной магистрали. Ставится задача образовать замкнутое кольцо выработок, примыкающих к вспомогательному стволу, для организации круговой откачки грузов и более эффективного использования электровозов. Одновременно вводят в работу забои для проведения основных комплексов околоствольного двора: камеры водоотливной установки и электроподстанции, камеры гаража и зарядки электровозов, комплекс выработок ветви породного скипового подъема и склада ВМ. Быстрейший ввод в эксплуатацию выработок скиповой породной ветви околоствольного двора преследует две цели - направить струю воздуха между стволами через сеть постоянных выработок и перекрыть временную вентиляционную сбойку, что позволит расширить фронт установки вентиляторов местного проветривания; подготовить комплекс камер и технологического оборудования скипового породного подъема к началу поступления максимального грузопотока горной массы при развороте работ в пределах шахтного поля. Очередность проведения остальных выработок устанавливают из условия равномерного разворота работ до максимального числа забоев.
Следует различать две стадии строительства околоствольного двора: I - число забоев максимальное, но кольцо выработок, примыкающих к вспомогательному стволу, еще не замкнуто; II - кольцо выработок, примыкающих к вспомогательному стволу, замкнуто, организована круговая откатка грузов, временная вентиляционная сбойка перекрыта, число действующих забоев максимальное.
3. Производят проверочные расчеты при максимальном числе одновременно действующих забоев на I и II стадиях сооружения околоствольного двора по производительности подъема и горизонтального транспорта, по вентиляции, электроснабжению и материально- техническому обеспечению.
Исходными данными к проверочному расчету электровозной откатки при сооружении околоствольного двора являются: календарный план с указанием забоев при их максимальном числе на I и II стадиях; длины откаточных участков и максимальный грузопоток (т/ч) из каждого забоя; схемы расположения и профиля путей с указанием пунктов погрузки или составления поездов; тип и вместимость вагонетки, категория шахты по газу.
Для организации четкой работы транспорта и определения минимальной. продолжительности tр.ср строят график движения электровозов, представляющий собой план согласованной работы во времени и в пространстве. Большое значение имеет организация работы транспорта по графику при одновременной работе максимального числа забоев.
В тех случаях, когда проходческие забои обслуживаются несколькими электровозами, составляют сначала графики работы по каждому откаточному участку, а затем на их основе - общешахтный.
При строительстве околоствольного двора, в связи с несложной схемой откатки и небольшим числом обращающихся поездов, работа электровозов может быть спланирована более упрощенно, например, в виде плана почасовой подачи порожняка. Для этого в таблицу заносят пункты подачи порожняка, сменный грузопоток, продолжительность рейса, число порожних вагонеток, подаваемых определенным электровозом в течение каждого часа.
На I стадии строительства околоствольного двора обмен составов у вспомогательного ствола производят с обеих сторон ствола. В этом случае расчет транспорта должен исходить из часового грузопотока с одной стороны и с другой стороны ствола. На этой стадии транспортные средства работают независимо друг от друга, а поэтому использование их во времени недостаточное.
Во II стадии строительства околоствольного двора транспорт рассчитывают исходя из общего грузопотока. Откатка грузов осуществляется одними и теми же электровозами, а сменная производительность всех проходческих бригад при налаженном транспорте определяется производительностью подъема.
Содержание проекта строительства камеры и порядок его разработки те же, что и при сооружении горизонтальной или наклонной выработки, тем более, если камеру проводят полным сечением. Показатели проекта по сооружению камеры рассчитывают на 1 м3 камеры в свету.
По формуле определяют продолжительность строительства камеры. При этом технологической частью, обеспечивающей монтаж проходческого оборудования и начало нормальной работы по проведению камеры, могут быть: часть камеры; выработка, пройденная в пределах поперечного сечения камеры; временная или постоянная выработка, примыкающая к камере.
Порядок проектирования строительства и проходки камеры предусматривает первым пунктом выбор технологии, технологической схемы проходки камеры и проходческого оборудования забоя. Если учесть, что камеры стремятся располагать в прочных, устойчивых горных породах, то технологию, как правило, применяют буровзрывную.
При выборе технологической схемы проходки камеры учитывают: устойчивость горных пород; размеры поперечного сечения; возможность и целесообразность проведения транспортных выработок; применяемое проходческое оборудование в забое. При этом следует учесть требования, предъявляемые к самой схеме.
Схемы проходки камер площадью поперечного сечения более 20 м2 можно объединить в три группы:
I - полным сечением; II - слоями (сверху вниз или снизу вверх); III - комплексом независимых забоев или выработок.
Проходку камер полным сечением (I группа) применяют в устойчивых породах, позволяющих обнажить забой сразу по всей площади поперечного сечения. Указать точно область применения той или иной схемы проведения по критериям устойчивости обнажений (размеры выработки, прочность, коэффициент крепости пород и др.) не представляется возможным. Некоторые породы с малым коэффициентом крепости (каменная соль, углистые сланцы и др.) допускают большие обнажения вследствие их вязкости и плотности.
Например, при разработке каменной соли образуются камеры площадью поперечного сечения до 600 м2 и длиной более1,5 км, не требующие крепления. Наряду с этим, в крепких и даже очень крепких породах обнажения могут быть неустойчивыми ввиду значительной трещиноватости и неплотности всего массива, что может привести к вывалам отдельных кусков или обрушениям пород в больших объемах. Поэтому устойчивость обнажений можно характеризовать только комплексом физико-механических свойств пород.
Схемы проходки камер полным сечением, по сравнению со схемами II и III групп, менее сложны и обеспечивают более высокие технико-экономические показатели. Наибольшей простотой отличается схема проходки сплошным (отвесным) забоем. Однако и в этом варианте с увеличением высоты камеры возникают трудности при бурении шпуров, оборке забоя и возведении крепи. Применение громоздких передвижных подрештовок и буровых рам при малой длине камеры нецелесообразно, а устройства сборно-разборной падрештовки требует значительной дополнительной затраты времени и труда. Поэтому при проходке камер высотой более 5-6 ми длиной менее 50-60 мзабою придают потолкоуступную или почвоуступную форму. Высоту и опережение уступов выбирают из условия минимальной трудоемкости работ по зачистке уступов от взорванной породы и обеспечению безопасности труда в забое.
Схемы проходки камер слоями (II группа) применяются в породах средней устойчивости при больших размерах камер. Преимущественное применение имеет схема проходки камер слоями сверху вниз. Проходка и крепление верхнего слоя по сводчатой части камеры обеспечивают высокую безопасность работ в нижних слоях. Применение схемы ограничивается в основном технико-экономической целесообразностью проведения временной транспортной выработки в сводчатую часть камеры.
Возможны варианты проходки верхнего слоя камеры сразу на полное сечение или с предварительным проведением по своду выработки малого сечения. Второй вариант применяют при значительной длине камеры для предварительной разведки пород на устойчивость и выбросоопасность, а также для улучшения проветривания и образования запасного выхода.
Проходку нижней части камеры под прикрытием постоянной крепи свода осуществляют горизонтальными слоями, вертикальными уступами или сплошным забоем.
Схемы проходки камер комплексом независимых забоев или выработок (III группа) применяют в слабых и малоустойчивых породах. Число независимых забоев или отдельных выработок, проводимых предварительно на всю длину камеры, находится в обратной зависимости от устойчивости пород и в прямой - от поперечных размеров камеры. Все сводится к тому, чтобы одновременно обнажаемый забой с уменьшением устойчивости пород имело, возможно, малое сечение. При этом увеличивается число таких забоев, усложняется схема проходки камеры, увеличиваются продолжительность и стоимость ее сооружения, однако повышаются надежность и безопасность работ.
Потребность в материально-технических ресурсах определяют в ПОС по нормативам, а в ППР - прямым счетом по выработкам, на которые делают детальный расчет технологии проходки, а по остальным - на основе нормативов.
В соответствии с календарным или сетевым графиком потребности в материально-технических ресурсах на каждый забой сводят по месяцам, соблюдая равномерный рост потребности по мере развития работ в околоствольном дворе и постепенный перевод бригад и ресурсов на забои подготовительных выработок по мере завершения этих работ.
Строительство любой горизонтальной или наклонной горной выработки включает комплекс работ, обеспечивающих готовность выработки к сдаче в эксплуатацию. Проведение выработки составляет основной элемент ее строительства. Сумма различных затраченных величин по расходу времени на строительство, вычисляется различными формулами в зависимоти от заданных параметров подсчета.
В состав подготовительных работ должны входить:
Проведение других мероприятий в соответствии с действующими нормативными документами, подготовка к работе проходческого оборудования в забое, заготовка элементов временной и постоянной крепи. Специфика подготовительных работ при проведении наклонной горной выработки относится в основном к оборудованию подземного транспорта лебедками или конвейерами. Обычно в практике tп=0,5-1 мес. При использовании для проведения наклонных выработок постоянных лебедок tп может достигать 2 мес., и определяется расчетом.
К заключительным работам относятся: демонтаж проходческого оборудования и подготовка выработки к сдаче в эксплуатацию (перестилка и балластировка рельсового пути, установка конвейерной линии, ремонт крепи и побелка). В среднем tз=0,5-1,5 мес.
Способ проведения выработки, применяемое в забое оборудование, горно-геологические и горнотехнические условия в значительной мере предопределяют объем и продолжительность подготовительных и заключительных работ. В свою очередь, величина этих дополнительных затрат времени, отнесенная на единицу (м или м3) выработки, зависит от длины или объема выработки.
К основным исходным данным при проектировании строительства горизонтальной или наклонной выработки относятся: ситуационный план расположения проектируемой выработки со всеми примыкающими и в первую очередь магистральными выработками, который позволяет запроектировать транспорт, вентиляцию, водоотлив, энергоснабжение, связь и мероприятия по безопасному ведению работ; геологические, гидрогеологические и физико-механические данные о пересекаемых породах; техническая характеристика выработки (поперечные размеры и сечение выработки в свету и в проходке) ; длина выработки; объемы работ по конструктивным элементам; расположение оборудования в сечении выработки на период эксплуатации; материал, тип и размеры крепи; характеристика постоянного транспортного оборудования R выработке; заданная скорость сооружения или проведения выработки.
Порядок проектирования сооружения горизонтальной или наклонной выработки предусматривает, прежде всего, разработку проекта проведения ее основной, а затем технологической части и завершается построением сводного графика, учитывающего весь комплекс подготовительных, основных и заключительных работ.
Технологию выемки горных пород при проведении выработок выбирают в зависимости от крепости пересекаемых пород и характеристики применяемого оборудования.
Погрузочные машины и проходческие комбайны следует применять в комплексе с удлиненными перегружателями или забойными конвейерами, обеспечивающими загрузку состава вагонеток без расцепки.
При загрузке составов вагонеток по частям обмен вагонеток на разминовке и под погрузкой должен быть механизирован. Проходческие комбайны, комплексы оборудования и машины для механизации отдельных работ в забое выработки выбирают в зависимости от заданной скорости проведения, крепости и способа выемки пород, размеров поперечного сечения и длины выработки. Для проведения горизонтальных и наклонных выработок по углю и слабым породам с коэффициентом крепости f≤4 подбираются проходческие комбайны.
При буровзрывном способе выемки породы и длине горизонтальных и наклонных выработок свыше 150-200 мрекомендуется применение комплексов проходческого оборудования.
Объем комбайнового проведения горных выработок на угольных шахтах Карагандинского бассейна доведен до 100% при одновременном повышении месячной скорости и производительности труда проходчиков.
Технологическая схема комбайнового проведения выработки, в которой применены предохранительный призабойный щит, телескопический монорельс для доставки и установки крепи и телескопический вентиляционный трубопровод.
Призабойный предохранительный щит изготавливают из листовой стали толщиною 5 ммс ребрами жесткости (продольными и поперечными). Щит опирается на четыре гидростойки, закрепленных на опорных устройствах комбайна. При работе исполнительного органа комбайна щит распирается между кровлей и почвой, предохраняя рабочих от возможного падения кусков породы, а также обеспечивая надежную опору комбайна при разрушении забоя.
Во время передвижения комбайна на новую заходку щит слегка опускается, а нижние опоры приподнимаются. Эти перемещения вводятся в программу автоматизированного управления комбайнам. На щите подвешиваются рулоны затяжки кровли из стеклоткани или из металлической сетки. Таким образом, комбайн перемещает (растягивает) конвейер, монорельс, вентиляционную трубу, распорную раму крепи и затяжку. Установка трехшарнирной арки: ножки арки фиксируются на нужном расстоянии установкой распорного бруса на почве, после чего замок арки подтягивается назад до упора с верхней соединительной планкой между арками. Арка устанавливается под щитам, а затем расклинивается в кровле и боках.
Применение щита, трехшарнирной арки, телескопических конвейера, монорельса и вентиляционного трубопровода обеспечивает почти непрерывную работу комбайна, а следовательно, увеличение средней скорости проведения в 4-5 раз и производительности труда в 3-4 раза.
В настоящее время достигнута высокая степень механизации возведения бетонной крепи способом опалубочного и безопалубочного бетонирования.
При опалубочном бетонировании рекомендуется применение передвижных и сборно-разборных инвентарных опалубок в комплексе с пневмобетоноукладчиками бетонной смеси.
Большую перспективу имеет безопалубочное крепление горных вырабаток способом набрызга бетонной смеси. Перспектива развития этого способа относится к подбору высокопрочных бетонов и других материалов, способных достаточно быстро схватываться и твердеть, и к полной механизации и даже автоматизации работ па возведению крепи-оболочки горной выработки. В комбинации с анкерной или арочной металлической крепью и затяжкой из стальной сетки с последующим набрызгом бетонной смеси может быть достигнута достаточно высокая несущая способность крепи.
Графическая часть ППР по строительству горизонтальной или наклонной выработки включает следующие чертежи: выкопировка из плана горных работ места расположения проектируемой и примыкающей к ней выработок с указанием транспортных и других коммуникаций, а также вентиляции и количества проходящего по выработкам воздуха; поперечное сечение выработки в эксплуатации с размещением транспортного оборудования со всеми размерами; продольный разрез, план и поперечные разрезы в наиболее характерных сечениях с размещением проходческого оборудования и необходимыми размерами; паспорт буровзрывных работ, включающий схему расположения шпуров в трех проекциях; спецификация проходческого оборудования в забое; график организации работ в забое и график выходов проходчиков; таблица технико-экономических показателей проведения горной выработки.
Данный метод не требует детализированных расчетов по процессам проходческого цикла и выполняется в следующем порядке.
1. Выбирают схему строительства горной выработки.
2. Проектируют строительство выработки с разделением работ на ряд основных этапов и фаз в зависимости от конструкции выработки, крепости пород, технологии проходки и применяемого оборудования. Например, первый этап сооружения технологической части - проходка устья. Он подразделяется на ряд фаз: I фаза- строительство воротника (оголовка) устья; II фаза - проходка и крепление устья в наносах; III фаза - заглубление устья в коренные породы и устройство опорного башмака. Разделение на фазы связывают с возможными технологическими перерывами, вызванными монтажом оборудования, выполнением работ по специальным способам проходки и т. п.
Данный метод не требует детализированных расчетов по процессам проходческого цикла и выполняется в следующем порядке.
1. Выбирают схему строительства горной выработки.
2. Проектируют строительство выработки с разделением работ на ряд основных этапов и фаз в зависимости от конструкции выработки, крепости пород, технологии проходки и применяемого оборудования. Например, первый этап сооружения технологической части - проходка устья. Он подразделяется на ряд фаз: I фаза- строительство воротника (оголовка) устья; II фаза - проходка и крепление устья в наносах; III фаза - заглубление устья в коренные породы и устройство опорного башмака. Разделение на фазы связывают с возможными технологическими перерывами, вызванными монтажом оборудования, выполнением работ по специальным способам проходки и т. п. Фазы проходки подразделяют на однородные работы, позволяющие применить к ним определенную норму выработки.
3. Определяют суммарные объемы однородных видов работ по каждой фазе. Некоторые объемы работ определяют на основе нормативов, например, по бурению шпуров на основе площади забоя на один шпур в зависимости от сечения, крепости пород и характеристики ВВ.
4. Подбирают состав бригады. Определяют трудоемкость работ (в человеко-сменах) и подсчитывают затраты времени на выполнение отдельных фаз проходки устья и всей технологической части ствола. Состав бригады подбирается обычно из расчета 4,5 м2 забоя ствола или устья на одного проходчика, а в горизонтальных и наклонных выработках - 1,5-2,5 м2 К нормам выработки учитываются поправочные коэффициенты на горнотехнические условия и коэффициент перевыполнения норм k=1,03-1,04. Время, затрачиваемое на каждую фазу работ, определяют делением трудоемкости работ в человеко-сменах на принятый состав бригады.
5. Подбирают оборудование для оснащения поверхности и составляют ситуационный план с учетом его развития при проходке самой выработки.
6. В соответствии с разработанной технологией проходки и схемой оснащения устанавливают перечень и объемы подготовительных работ, относящихся к строительству данной выработки.
7. Строят линейный или сетевой график строительства выработки с учетом подготовительных работ, оснащения, проходки по этапам и фазам, а также технологических перерывов в горных работах, связанных с монтажом, например, нулевой проходческой рамы, или затрат времени на другие виды работ.
8. Составляют смету на строительство выработки в соответствии с проектом.
9. Определяют и сводят в таблицу технико-экономические показатели строительства выработки: скорость строительства, м3/мес. (м/мec.); скорость проходки, м3/мес. (м/мec.); производительность труда проходчика, м3/смену; месячная выработка строительно-монтажного рабочего, тг.; продолжительность строительства, мес.; полная стоимость проходки тг/м3, руб.; стоимость проходки выработки, тг.
10. Выполняют чертежи: ситуационный план, схему проходки по этапам и фазам с продольными и поперечными разрезами, график сооружения. Масштабы чертежей: 1: 200, 1: 100, 1: 50.