Розтин родовищ у багатьох випадках здійснюють вертикальними стволами. Вони відкривають доступ до робочих горизонтів по найкоротшому шляху, спуск і підйом вантажів по ним найбільш зручний, і витрати на ці операції найменшим. При великій глибині розробки розтин вертикальними стволами може бути єдино можливим. Приблизно 95% вертикальних стволів в міцних породах закріплені бетоном і мають круглий поперечний переріз діаметром від 3 до 9 метрів.
За глибиною стовбура виділяють кілька його частин (рис. 8.20). Устя - верхня частина стовбура від земної поверхні до корінних (тобто не порушених руйнуванням) порід глибиною 10 - 30 м. Кріплення гирла одночасно служить фундаментом для надшахтних споруд. Далі стовбур ділять на ланки довжиною 10 - 40 м кожне, на кордоні між якими влаштовують опорні вінці для підтримки кріплення ланки. На рівні робочих горизонтів обладнають сполучення стовбура з горизонтальними виробками. Нижня частина стовбура називається зумпфом і служить для збору води, що надходить в стовбур, уловлювання руди, що прокидається з підйомних посудин.
Проходку стовбура ведуть в кілька етапів. Перед її початком готують територію і оснащують промисловий майданчик прохідницьких обладнанням. Для прискорення робіт проходку гирла ствола і його кріплення із застосуванням пересувного обладнання ведуть одночасно.
Над гирлом стовбура встановлюють тимчасовий прохідницький копер, з якого проходять гирлі і стовбур на глибину близько 60 - 80 м - так званий технологічний відхід, необхідний для навішування в стовбурі комплексів прохідницького обладнання для подальшої проходки. Після завершення технологічного відходу тимчасовий копер розбирають, а не його місце насувають і потім обладнають основний прохідницький копер, завчасно змонтований. На цьому початковий період проходки ствола, який триває від 6 місяців до 1,5 року, закінчується.
Надалі в стовбурі монтують прохідницький полиць, що підвішується до прохідницької лебідці на поверхні. Це складна споруда складається з двох і більше поверхів. Верхній поверх - запобіжний, він захищає забій стовбура від падіння випадкових предметів і служить для натягу напрямних канатів, по яких рухаються підйомні посудини. На нижніх поверхах розміщують вентилятори для провітрювання вибою ствола, лебідки для забійного обладнання, проміжні ємності для відкачування води.
З нижніх поверхів можна зводити постійну кріплення ствола. Під прохідницьких полком, над забоєм, підвішують агрегати для буріння шпурів (якщо вони використовуються) і навантаження підірваної маси, світильники і т. Д. Прохідницький полиць забезпечений гідродомкратами для фіксації його в стовбурі. У ньому, крім того, обладнані отвори для пропуску підйомних посудин - цебер, огороджені розтрубами, а також отвори для пропуску вентиляційних і інших труб, кабелів, рятувальної драбини, на якій піднімають в аварійних випадках прохідників із забою.
Коли прохідницький полиць змонтований і обладнаний, починають проходку основної частини стовбура. Технологія проходки складається в отбойке гірської маси з використанням буро-вибухових робіт, прибирання підірваної маси із забою з видачею її в цебрах на поверхню і зведенні постійного кріплення стовбура (ріс.8.21.).
У зв'язку з необхідністю періодичного підривання порід прохідницькі роботи організовані циклічно. У кожному циклі робіт послідовно виконують отбойку, прибирання породи і кріплення стовбура. За цикл (т. Е. Після кожного підривання) забій стовбура посувається зазвичай на 2 - 3,5 м. Тривалість циклу 2 - 4 зміни. Роботи ведуть комплексні бригади, які виконують всі види операцій з проходки.
Буропідривні роботи. При проходженні стволів в міцних породах вони становлять 30 - 40% всього часу проходки і вимагають до 50 - 60% трудових витрат. Отбойку породи здійснюють шпурамі глибиною від 1,5 до 3 м. Розміщення шпурів в забої визначається відповідно до проектного документом - паспортом буропідривних робіт (БПР). Так як стовбури мають круглий поперечний переріз, шпури в забої розташовують по декільком концентричних колах. Відстань між сусідніми колами тим менше, чим міцніше породи, і становить 0,6 - 0,9 м, така ж відстань між шпурами на одному колі. Контурних шпури пробуривают на 10 - 20 см від стінок стовбура, а відстань між ними приймають на 20% менше, ніж між іншими шпурамі. У центрі поперечного перерізу стовбура розташовують на окружності самого малого діаметру (зазвичай 1,7 - 2,3 м) так звані врубові шпури. На відміну від інших шпурів, перпендикулярних площині забою, врубові шпури бурять під таким кутом до площини, щоб в глибині вони сходилися до центру перетину стовбура. Призначення врубових шпурів, що підривають в першу чергу, полягає в створенні додаткової оголеної поверхні в масиві, що полегшує його руйнування під час вибуху інших шпурів (рис. 8.22.).
Шпури бурять ручними перфораторами масою 22 - 30 кг. Розмітку шпурів в забої проводять за допомогою спеціальних кругових шаблонів у вигляді штанги, що обертається навколо осі, вставленої в шпур в центрі поперечного перерізу стовбура.
В даний час знаходять широке застосування установки для механізованого буріння шпурів в стовбурах з використанням одночасно декількох бурильних машин. Бурильні установки підвішують до прохідницькому полку і застосовують в комплексі з породонавантажувальними машинами.
Для ініціації шпурів використовують патроновані пресовані вибухові речовини (ВВ) типу амоніту або рідкі ллються ВВ типу акваніта. При використанні останніх шпури заряджають із застосуванням спеціальних установок, що підвищують продуктивність праці прохідників на заряджанні в 2 - 2,5 рази в порівнянні з ручним заряджанням шпурів патронованими ВВ.
Для збудження вибуху заряду шпурів в стовбурах використовують тільки електричне ініціювання за допомогою електродетонаторів від мережі з напругою. 220 - 380 В .; Перед висаджуванням всі механізми піднімають із забою до прохідницькому полку.
Після висадження стовбур провітрюють одним вентилятором, що нагнітає свіже повітря по трубах в забій, або використовують комбінований спосіб провітрювання: двома вентиляторами, один з яких нагнітає в забій свіже повітря, що надходить по стовбуру, а другий - відсмоктує забруднене повітря, який по металевих трубах діаметром до 1 м відводиться на поверхню. У глибоких стовбурах другий спосіб найбільш прийнятний, так як дозволяє скоротити час провітрювання з 1 ч до 20 хв.
Після закінчення провітрювання оббирають незакріплені стінки стовбура від заколовши, ремонтують пошкоджену тимчасову кріплення і т. Д. Потім починають прибирання породи.
Прибирання підірваної породи. Вона полягає в механізованому навантаженні породи в цебра і підйомі на поверхню. У стовбурах, прохідних в міцних породах, час і трудовитрати на її прибирання становлять відповідно 30 - 50% і 40%.
При проходці неглибоких стовбурів або стовбурів невеликого (до 4,5 м) діаметру для навантаження висадженої породи застосовують грейферні пневматичні навантажувачі з ручним водінням типу КС-3. Пневмопогрузчікі складається з шестилопатеві грейфера, пневмопідйомника і водила з ручками.
У стовбурах з великою площею поперечного перерізу все ширше застосовують породонавантажувальні машини з механізованим водінням і грейфером місткістю до 1м3. Ці машини монтуються під прохідницьких полком, і управляє ними машиніст з кабіни. В даний час створені зразки навантажувальних машин, обладнаних ковшом на стрілі. Іноді для прибирання породи в стовбурі застосовують ковшові вантажні машини на гусеничному ходу.
Кріплення стовбурів. Найбільш поширеним, економічним і найменш трудомістким є кріплення монолітним швидкотвердіючу бетоном. Бетон подають в стовбур по трубах, тому кріплення майже повністю механізовано. Товщина бетонного кріплення становить 0,2 - 0,3 м.
Для зведення кріплення з бетону застосовують пересувну металеву опалубку висотою до 4 м.
Якщо стовбури пройдені в міцних стійких породах, кріплення можна здійснювати без опалубки, набризгівая бетон на стінки шаром товщиною 8 - 15 см.
Для боротьби з водопритоками застосовують відкачування води із забою, уловлювання та відкачування на поверхню води, що стікає по стінках ствола, а також попередню (випереджальну) цементацию порід на обводнених ділянках.
При невеликих притоках в забій (до 8 - 10 м3 / год) воду відкачують забійними насосами в бадді і видають на поверхню разом з породою. При великих притоках її відкачують на поверхню по трубах. Якщо глибина стовбура значна, то по його довжині влаштовують перекачувальних насосні станції.
Процесом, завершальним будівництво стовбура, є його армування, т. Е. Створення в стовбурі по всій його довжині просторової стрижневої системи для забезпечення спрямованого руху підйомних посудин із заданою швидкістю. Елементи армування використовують для закріплення проходять по стовбуру труб і кабелів різного призначення, обладнання в стовбурі ходових відділень, оснащених сходами для аварійного виходу людей на поверхню.
Основні конструктивні елементи армування - розстріли і провідники. Розстріли - балки (металеві, рідше залізобетонні і дерев'яні), розташовані в одній горизонтальній площині (ярусі), закріплені в стінках ствола і при необхідності жорстко з'єднані між собою. Яруси розстрілів у своєму розпорядженні по довжині стовбура через кілька метрів. Розстріли ділять поперечний переріз стовбура в плані на кілька відділень, число і розміри яких залежать в першу чергу від числа і поперечного перерізу використовуваних в стовбурі підйомних посудин. Провідники - безперервні вертикальні батоги, складені з окремих дерев'яних брусів або металевих профілів, прикріплених до розстрілів у кожному ярусі. Вони служать для забезпечення строго спрямованого руху в стовбурі підйомних посудин (по ним ковзають напрямні пристрої цих судин - скіпів або клітей).
Армування стовбура для більшої безпеки і для підвищення продуктивності праці зазвичай здійснюють після завершення проходки.
Є так зване еластичне армування. Розстріли при цьому не встановлюють, а провідниками є канати, натягнуті за допомогою вантажів в зумпфі стовбура. На кожен підйомна посудина навішують, як правило, по чотири провідникових каната, а між рухомими судинами - ще й відбійні канати для запобігання зіткнення або зачеплення цих судин при русі. Еластичне армування застосовують, якщо швидкість підйомних посудин не перевищує 12 м / с.
Спеціальні способи проходки стовбурів застосовують в складних гідрогеологічних умовах. Найбільш широко використовують проходку з заморожуванням нестійких водонасичених порід (пливунів), а також проходку з попередніми тампонуванням (цементацією або бітумізація) сильно тріщинуватих водонасичених порід. В обох випадках основною метою є огорожа забою ствола від великих приток води, а при заморожуванні - ще й підвищення стійкості порід. До спеціальних способів проходки може бути віднесено також буріння шахтних стволів.
При проходці із заморожуванням навколо стовбура по колу бурять свердловини на відстані 0,8 - 1,1 м один від одного. У них опускають труби, по яких з поверхні накачують в свердловини розсіл (насичений розчин солей), охолоджений до негативної температури - 20 ° - 25 ° С. Розсіл, нагрітий породами, зі свердловини по кільцевому простору між трубою і стінками свердловини витісняється на поверхню, де охолоджується знову (наприклад, за допомогою рідкого аміаку), після чого знову нагнітається в свердловини. Поступово відбираючи тепло у порід, розсіл охолоджує і потім заморожує їх до температури близько -10 ° С. Навколо стовбура, таким чином, створюється стінка з замороженої породи - ледопородного циліндр, межа міцності якого на стиск може досягати 10 - 15 МПа. Процес заморожування порід до потрібної температури триває кілька тижнів.
Після зведення ледопородного циліндра під його захистом починають проходку стовбура. Технологія проходки відрізняється від звичайної тим, що виїмку породи здійснюють, як правило, механічним способом з використанням пневматичного інструменту (наприклад, відбійних молотків). Буропідривні роботи виробляють рідко і з обережністю, щоб не порушити суцільність ледопородного стінки. Для кріплення застосовують зазвичай бистротвердеющий бетон, підігрітий до 25 - 30 ° С, або чавунні тюбінги.
Коли проходка стовбура завершена, заморожені породи розморожують підігрітим розсолом, що подається в ті ж свердловини. Швидкість відтавання не повинна перевищувати 2 - 3 ° С на добу, щоб не викликати небезпечних деформацій кріплення.
Тампонування порід при проходці ведуть через свердловини. Воно може бути попереднім (здійснюється з поверхні) і послідовним. В останньому випадку породи тампонируют з вибою ствола після завершення проходки кожного його ділянки. Сильно тріщинуваті міцні породи тампонируют цементних розчинів. При наявності в породах пустот або великих тріщин доцільно застосовувати для тампонування глинистий розчин або гарячий бітум.
Буріння стовбурів застосовують, як правило, в м'яких і середньої міцності обводнених і нерідко нестійких породах, в яких інші способи проходки малопродуктивні і трудомісткі. Витрати на буріння стовбурів досить високі, проте застосування цього способу дозволяє повністю механізувати проходку і вивести людей із забою ствола на поверхню. У нашій країні бурінням пройдені десятки кілометрів стовбурів, причому найбільша глибина стовбура, пройденого цим способом, становить понад два кілометри.
Стволопрохідницьких бурильні установки мають різні конструкції і принцип дії. В основному застосовують установки роторного, колонкового і реактивно-турбінного буріння, причому робочим інструментом у них є шарошечні долота. Роторними установками бурять по центру стовбура випереджальну свердловину діаметром 600 мм (пілот-свердловину), а потім разбурівается її на повне поперечний переріз за допомогою розширювачів до діаметра 7,5 - 8,75 м. Швидкість проходки ствола становить до 50 м / міс. Колонкове буріння стовбурів здійснюють кільцевим забоєм по периметру стовбура, а решту недоторканою середню частину забою у вигляді колонки, звану керном, періодично через 3 - 5 м відривають від масиву за допомогою гідродомкратів і видають на поверхню; швидкість проходки при цьому досягає 150 м / міс.
Досить широкого поширення набули установки реактивно-турбінного буріння. Буріння на повне поперечний переріз стовбура ведуть комплексом, що складається з двох і більше агрегатів, шарошечні долота яких приводяться в обертання за допомогою турбін, а турбіни обертаються під напором промивної рідини. Швидкість проходки становить до 10 м / міс.
Промивну рідину застосовують при всіх способах буріння стовбурів. Вона являє собою важкий глинистий розчин, за допомогою якого виносяться на поверхню із забою частки породи, зруйнованої шарошечні долотами, охолоджується робочий інструмент, і захищаються від обвалення стіни стовбура.
Кріплення стовбура зазвичай здійснюють тільки після закінчення буріння на повну глибину. Однак створені самохідні стволопрохідницьких агрегати, при використанні яких стовбур бурять секціями на повне поперечний переріз висувним (телескопічним) робочим органом з опускається полку, розпирають гідродомкратами в стовбурі на час буріння. Кріплення стовбура ведуть з полку слідом за його проходкою. Швидкість проходки готового стовбура сягає 130 - 170 м / міс.
Поглиблення стовбурів. Поглиблення виконують, як правило, не зупиняючи роботи в діючій частині стовбура. З цієї причини операції по поглибленні стволів важче механізувати, і частка ручної праці тут досить значна.
Для поглиблення стовбурів застосовують в залежності від умов різну технологію. При великій величині поглиблення, значних водо припливом в стовбур і відсутності виробок на нижніх горизонтах роботи здійснюють зверху вниз під захистом запобіжного цілика або штучного перекриття в зумпфі діючої частини стовбура.
При наявності виробок на нижніх горизонтах і відносно невеликий (до 150 - 200 м) глибині поглиблення стволів можна вести знизу вгору. Переваги такого способу полягають головним чином в тому, що відбита порода під дією власної ваги надходить вниз до місць навантаження в транспортні засоби, так само як і вода із забою, тому немає необхідності в спеціальному прохідницькому підйомі і водовідливі.
Ексклюзивним ПРАВО НА ПУБЛІКАЦІЮ МАЄ "гірничопромислового ПОРТАЛ РОСІЇ"