Строительство скипового ствола Гремяченского рудника ОАО «Еврохим»

Скиповой ствол предназначен для подъема калийной руды, аварийного выхода людей и подачи свежей струи воздуха в рудник. Ствол предполагается оборудовать многоканатной подъемной установкой с двумя скипами и инспекторским подъемом. Для подачи на добычной горизонт на период постоянной эксплуатации кабелей и технологических трубопроводов, в постоянном устье ствола предусматривается технологический проём для примыкания кабельно-трубного ходка. Скиповой ствол является запасным выходом с горизонта рудника. Ствол должен обеспечить подъем людей в течение 120 мин.

Проветривание рудника осуществляется по центральной схеме. Способ проветривания – всасывание. Подача свежего воздуха предусматривается по скиповому стволу. Исходящая струя выдается по клетевому стволу, у которого на поверхности устанавливается главная вентиляторная установка.

Ствол СС на постоянный период оборудуется многоканатной подъемной установкой наземного базирования с двумя скипами грузоподъемностью 55т каждый. Армировка ствола – канатная, с канатами полузакрытого типа. Максимальная скорость подъема не более 18,0 м/с. Разгрузка скипа – шиберная, донная.

Учитывая сложные гидрологические условия месторождения, наличие водоносных, неустойчивых пород на глубину до 540 м проектом предусматривается проходка шахтных стволов специальным способом с замораживанием горных пород до указанной глубины. Для этого выполняют бурение замораживающих скважин. На основе выполненных теплотехнических расчетов контур замораживания выбран Ø18 м с числом замораживающих скважин 44 и 4 скважины для контроля.

Стенки пройденного шахтного ствола на участке технологического отхода крепятся с помощью анкерной крепи с сеткой и набрызгбетоном.

При достижении глубины около 50м в стволе монтируются необходимые для проходки многоэтажный проходческий полок, бетонопроводы, трубопроводы сжатого воздуха, силовые и сигнальные кабели, вентиляционные ставы для проветривания, а также сигнальные устройства, на нулевой отметке устанавливается перекрытие, снабженное лядами с автоматическим управлением для пропуска бадей.

Проходка шахтного ствола осуществляется буровзрывным способом. Для бурения шпуров, согласно паспорту БВР, используется пневматическая бурильная установка с четырьмя буровыми лафетами для бурения скважин для взрывания. В зависимости от крепости пород и исходя из конкретных горно-геологических условий глубина заходки определяется от 2,0 м до 4,0 м.

Учитывая физико-механические свойства взрываемой породы, (крепость, вязкость, трещиноватость), с учетом требуемого дробящего действия взрыва, факторы экономичности и безопасности по взрыву пыли или газа, данным проектом предусматривается применение аммонала скального №1 прессованного. В качестве средств инициирования используются электродетонаторы типа ЭД-КЗ-ПКМ.

Для возведения временной крепи (набрызгбетон, армированный металлической сеткой, с предварительной установкой анкеров) используются анкероустановочная машина и установка для нанесения набрызгбетона, состоящая из напорного трубопровода, смесительного узла, бетонасоса и сопла набрызгмашины.

Проветривание шахтного ствола при проходке осуществляется по нагнетательной схеме непрерывно действующей вентиляторной установкой. Количество подаваемого воздуха определяется расчетом с учетом фактора БВР и скорости движения воздуха в стволе.

Крепь ствола состоит из монолитного бетона, поступающего с поверхности по бетоноводу и укладываемого за опалубку высотой 4,2 м. Опалубка состоит в комплексе с подвесным проходческим полком. Высота бетонной заходки может быть сокращена в связи с ухудшением горногеологических условий или меньшей устойчивостью ледопородного ограждения.

В зоне обводненных пород, в инт. отм. -4,0÷-540,0 м при проходке ствола способом замораживания, и в инт. отм. -612,0÷-870,0 м способом цементации из забоя ствола проектом принята чугунно-бетонная крепь, где основным элементом является чугунная тюбинговая крепь по внутреннему контуру сечения ствола, обеспечивающая требования к крепи по герметичности.

Такая крепь рассчитана на восприятие суммарного горного и гидростатического давления, при этом тюбинговая крепь рассчитывается на гидростатическое давление по контакту бетон-тюбинги и давление контрольного тампонажа, превышающее гидростатическое давление на 0,5÷1,0 МПа.

Уплотнение стыков между тюбингами – свинцовыми прокладками.

Тюбинговая колонна состоит из тюбинговых колец с толщиной спинки тюбингов от 30 мм до 120 мм, устанавливаемых с учетом их несущей способности и расчетных нагрузок. Кольцо состоит из 13 сегментов. Высота тюбинга 1,5 м.

Проектная глубина скипового ствола составляет 1181,7 м.

В моем дипломном проекте рассмотрены две технологии возведения устья ствола – с помощью стволопроходческого комплекса и с возведением ограждающей крепи «стена в грунте». Общий вид стройплощадки представлен на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид строительной площадки. Монтаж замораживающей галереи.

Разработка и выемка породы производится экскаватором, оборудованным обратной лопатой, с доработкой породы около замораживающих скважин вручную отбойными молотками. Обрезаются излишки обсадных труб и замораживающих колонок согласно чертежам проекта, (обсадные – на уровне пола галереи, замораживающие колонки – не менее 0,3 м над полом). Сооружается железобетонный пол галереи, для чего вяжется арматурный каркас с привариванием радиальных стержней к обсадным трубам. Монтируются лестницы для спуска в галерею.

Проходка устья ствола и технологического отхода до отм. -18,0 м с Ø10120 мм производится экскаватором Bobcat 317 (Caterpillar) (рис. 2), отбойным молотком и вручную, с погрузкой в емкость, выдаваемую на поверхность портальным краном для разгрузки в автотранспорт.

В качестве крепи на данном этапе проходки используется временная крепь, которая состоит из анкеров, металлической сетки и слоев набрызгбетона толщиной 100÷300 мм.

Рис. 2. Работа экскаватора Bobcat 317 на забое ствола.

По достижении отметки ствола -50,0 м с временным анкерным креплением и набрызгбетоном, проходка останавливается и монтируется в полном объеме все проходческое оборудование вокруг ствола, в копре и стволе, после чего с помощью створчатой металлической опалубки, смонтированной на 4-х этажном подвесном полке возводится предварительная бетонная крепь толщиной 500÷700 мм. Возведение передовой бетонной крепи производится сверху вниз. Подача бетона в ствол производится по двум ставам труб, за опалубку – по гибкому бетоноводу.

Я предлагаю первые 52 м ствола пройти при помощи стволопроходческой машины VSM-7700 (рис. 4) немецкой фирмы «HERRENKNECHT» с одновременным возведением постоянной крепи из бетонных блоков, имеющих внешний диаметр 8.4 м и внутренний диаметр 7.7 м. При этом кольцо обделки состоит из 4-х блоков (толщиной 0,35 м), изготавливаемых из высокопрочного бетона с водопроницаемостью не менее W8. Для обеспечения гидроизоляции стыков в каждый блок по периметру необходимо установить резиновые прокладки, а блоки и кольца между собой скрепить болтовым соединением.Технология проходки заключается в следующем. Ствол проходится способом опускной крепи в тиксотропной рубашке. Грунт разрабатывается и транспортируется стволопроходческим комплексом бурового действия фирмы «Херренкнехт». Ствол заполняется водой выше уровня грунтовых вод на 1 м. Это проводится для создания гидропригруза в зоне обводнённых неустойчивых пород, а также облегчает разработку грунта.

Рис. 3. Общий вид технологической схемы проходки устья с ограждающей крепью по базовому варианту.

Порода разрабатывается стволопроходческой машиной бурового действия, оснащённой рабочим органом в виде барабана с поперечным перемещением. Барабан снабжён сменными буровыми коронками. Материал, конструкция и количество коронок меняется в зависимости от крепости пород.

Одновременно с разработкой осуществляется выдача грунта из шахты в виде пульпы. Смешанный с водой грунт всасывается погружным насосным агрегатом и поступает по шламопроводу в сепараторную установку, где порода отделяется от воды. Порода сбрасывается в породные отстойники, откуда грузится экскаватором с грейферным ковшом в автосамосвалы. Вода, оставшаяся в отстойнике, удаляется иловодом и вывозится илососом.

Вода, отделённая от породы в сепараторе, поступает в контейнеры-отстойники. После очищения она снова подводится по двум трубопроводам в ствол. Один трубопровод подаёт воду на заполнение шахты, другой подводится непосредственно к машине для питания форсунок низкого и высокого давления. Крепь ствола представляет собой железобетонную трёхблочную обделку с металлической футеровкой. Блоки обделки устанавливаются при помощи крановых блоков с тюбинговыми балками, находящихся на опускных контейнерах. Погружение крепи производится посредством давления на неё гидравлических домкратов.

Применение этой технологии, конечно, значительно дороже базового варианта, так как для работы стволопроходческого комплекса необходимо подведение постоянной ЛЭП для обеспечения работы комплекса ( 300 кВт), также следует отметить, что общее время на подготовительные работы на сборку и установку стволопроходческого комплекса составило 8 месяцев (а при базовом варианте -4 месяца), но обосновано необходимостью создания безопасных условий проходки технологического отхода клетевого ствола до начала активного замораживания пород.

Рис. 4. Стволопроходческая машина VSM-7700 на стадии сборки.

Рис. 4. Стволопроходческая машина VSM-7700

Рис. 5 Общий вид закрепленной части устья ствола

Сравнения технических и экономических показателей применения двух способов проходки устья ствола подробно представлены в пояснительной записке. По неоспоримым технологическим преимуществам был рекомендован второй способ сооружения устья – с помощью стволопроходческой машины VSM-7700.