Откатка породы в подземных выработках. Виды откатки. Автомобильный транспорт.

Рельсовый путь. Работа рельсового транспорта зависит от состояния рельсового пути. Применяют рудничные рельсы, вес которых должен соответствовать весу подвижного состава и установленным скоростям движения.

Для электровозной откатки - рельсы по 8 м. Деревянные/металлические шпалы не реже чем через 0,75 м. Стыки рельсов устраивают на весу с накладками.

Наращивание рельсов у забоя наиболее просто выполняют при помощи выдвижных звеньев 1, смонтированных на металлических шпалах 2 (рис. 148)

По мере продвижения забоя звенья переносят вперед.

Маневровые устройства у забоя. Для обмена вагонеток у забоя применяют разнообразные устройства. В двухпутных выработках, обслуживаемых одной погрузочной машиной, можно рекомендовать схемы: с центральной стрелкой, смонтированной на передвижной платформе, при этом примерное время обмена вагонеток, или с боковым транспортером.

Вагонетки. для перемещения породы при минимальных поперечных размерах должны иметь емкость (1,5—6 м³),, быть прочными и устойчивыми, обладать малым весом, легкостью хода и малой жесткой базой (около 1/3 их длины) для прохождения кривых, иметь высоту, соответствующую высоте разгрузки погрузочной машины, и длину, при которой равномерная загрузка. Ширина вагонетки не должна превышать ширины электровоза.

Вагонетки бывают: опрокидные (разгружающиеся поворотом кузова относительно гориз оси), саморазгружающиеся (без опрокидываний) и глухие (требующие для разгрузки устройства специальных опрокидывателей на месте отвала).

· Опрокидные вагонетки (а)(до 1 м³) удобно разгружаются без специальных опрокидывающих устройств и популярны(как и саморазгружающиеся). Приспособление для разгрузки должно обеспечивать невозможность произвольного опрокидывания во время движения и полное опорожнение в отвал или бункер с возвращением кузова в вертикальное положение. Постановка опрокидных вагонеток в состав, перемещаемый электровозом, не допускается.

· Саморазгружающиеся вагонетки (б), при проходке тоннелей через порталы, значительные емкость и габаритные размеры. Для разгрузки в месте отвала вагонетки имеют откидной борт 1 и устройство, придающее дну кузова 2 поперечный наклон °.

ВРС-2,5 емкостью 2,5 м³ (ВПК-10 – бункер-вагон, 4м3, длина 10)

· Глухие вагонетки (в), кузов 1 которых жестко связан с ходовой частью 2, наиболее простая и надежная конструкция, минимальный коэффициент тары (отношение веса вагонетки к весу перевозимого груза) и требуют малых затрат на ремонт. На строительствах метро вагонетки 0,75 и 1,5 м³, приспособленные для подъема в шахтных клетях размером 3×1 м. Для разгрузки необходимы специальные опрокидыватели, которые на разгрузочных эстакадах над бункерами.

Наиболее распространены круговые опрокидыватели. Это цилиндрический барабан 2 с горизонтальной осью вращения. Вагонетка вводится в него и закрепляется в нем с помощью упоров 1. После барабан совершает полный оборот, вагонетка разгружается в бункер 3.

 

Виды откатки. Откатка вагонеток производится, как правило, механической тягой.

электровозная откатка - основной и экономичный вид, при уклонах до 30‰. Для откатки используют электровозы с двигателями постоянного тока, требующие устройства преобразовательных подстанций и станций для зарядки аккумуляторов.

Типы электровозов: АМП, ПРВ. Масса до 14т, скорость 6-10км/ч, сила тяги до 18кН.

Мс- масса груженого состава, Мэ – масса электровоза, φ- коэфф сцепл колес с рельсами, - уд. сцепление груженого вагона, i – уклон тоннеля таки.

Электровозы делят на: аккумуляторные (АРП), контактные (КР), аккумуляторно-контактные (АКР) и контактно-кабельные (ККР).

Буквы в марке - его тип, цифры — сцепной вес и ширину колеи.(Например, 12АРП-900 это аккумуляторный рудничный электровоз весом 12 тс для колеи 900 мм.)

· Аккумуляторные электровозы - питание от аккумуляторных батарей, размещенных на раме электровоза. Они не зависят от внешних источников энергии. Их применяют в штольнях малого сечения а также в выработках, опасных по газу и пыли. Недостатки: большой вес и громоздкость, необходимость в зарядной станции и частой смене батарей для зарядки (через 3—4 ч).

· Контактные электровозы получают энергию от контактного провода, на высоте > 2,2 м от уровня головки рельсов. По мере продвижения забоя его разматывают с кабельного барабана. Обратным проводом, по которому ток возвращается к подстанции - рельсы. (+ простая конструкция и эксплуатация, большая мощность, постоянная готовность; экономичнее). (- необходимость удлинения провода, открытой эл цепи).

· аккумуляторно-контактные, используемые как контактные на участках готового тоннеля на поверхности или как аккумуляторные — на участках, где ведутся проходка и сооружение обделки (при отсутствии контактного провода).

· Контактно-кабельные- снабжены вертикальным барабаном, с которого сматывается кабель при движении электровоза по участку без контактной сети.

на уклонах, с движением под действием собственного веса (i = 8÷9‰) в состав следует включать тормозные вагонетки или в хвосте состава, движущегося на подъем, должен находиться второй электровоз.

Безрельсовый транспорт. применение автомобилей-самосвалов в сочетании с погрузкой породы экскаваторами или машинами на гусеничном ходу. Преимущество - независимость от энергетических коммуникаций и нет необходимости в рельсовых путях, электровозах и разгрузочных устройствах. В тоннелях больших сечений (а/д, двухпутные ж/д, строительные тоннели крупных гидроэлектростанции и т.п.), как правило, строят с применением а/м транспорта.

НО ядовитые газы (окись углерода, окислы азота, и т.п.), образуются в двигателях внутреннего сгорания. Снижению их концентрации - на выхлопе автомашин газоочистители-нейтрализаторы, ну и усиление вентиляции выработки.

При строительстве тоннелей большого сечения дизельные автосамосвалы МАЗ-503 (грузоподъемность 7 тс, скорость 15 км/ч, наименьший радиус поворота 7,5 м) оборудованы жидкостными нейтрализаторами, снижают токсичность выхлопных газов на 65—70 %.

Для двухполосного движения самосвалов тоннель должен иметь ширину не менее 6 м. Для поворота самосвалов при изменении направления их движения служит стальная плита (платформа). Самосвал поворачивается на плите с помощью лебедки на 180° и подходит под погрузку задним ходом.

Общие положения производства работ при сооружении тоннелей горным способом.

Сооружение тоннеля состоит из двух основных процессов:

-проходки( т.е. раскрытия выработки с установкой в случае необходимости временной крепи)

-возведения стен и свода обделки.

В зависимости от характера сооружения и геотехнических условий они выполняются в различной последовательности и по-разному развертываются по длине выработки, чем определяется способ производства работ.

Существующие способы производства работ могут быть разделены на 3 группы:

· 1. Сечение целиком (за 1 прием/ по частям) освобождают от породы, после в выработке полного сечения сооружают стены 1 и свод 2 обделки (а).

(способы полностью раскрытого сечения (поточный и кольцевой варианты), сплошного забоя, ступенчатого забоя, центральной штольни, подсводного разреза, нижнего а верхнего уступов).

· 2. В 1ю очередь раскрывают и закрепляют калотту, в ней возводят свод 1, опираемый на породу (б). После разработки средней штроссы вынимают породу из-под пят свода и отдельными столбами подводят стены 2.

(способ опертого свода (варианты двухштольневой, одноштольневой и с опережающей калоттой)

· 3. Стены 1 обделки сооружают в штольнях, после чего раскрывают калотту в которой возводят свод 2, опираемый на стены(в). Под защитой свода удаляют ядро, служащее во время проходки опорой временной крепи. (способ опорного ядра.)

При поточной системе все операции по раскрытию сечения/возведению обделки выполняют параллельно. При кольцевой системе все основные операции выполняют последовательно в пределах одного кольца. Возможна и смешанная система - часть операций выполняют последовательно в пределах кольца, а остальные операции — параллельно по поточной системе.

Способ производства работ выбирают в зависимости от:

- геологических и гидрогеологических особенностей горного массива, размеров поперечного сечения, длины тоннеля, от местных условий (сроки строительства, механизации работ, квалифицированной рабочей силы). Но наибольшее влияние имеют свойства (крепость) окружающих пород, определяющие конструкцию временной крепи. В этом отношении принято делить породы на слабые, мягкие, полускальные и скальные.

В слабых, мягких и полускальных (мергели) породах возможно развитие большого горного давления. Поэтому для его уменьшения сечение выработки расчленяют на сравнительно мелкие части, немедленно закрепляемые временной (преимущественно деревянной) крепью, исключающей возможность обрушения породы. Разработка породы с помощью ручных/пневматических инструментов, погрузку ее — вручную или мелкими машинами. Возведение обделки, выполняют также вручную с подачей бетонной смеси в вагонетках.

В скальных породах возможно расчленение сечения на более крупные части или даже раскрытие выработки в один прием. При этом временную (дер или стальную) крепь устанавливают лишь по контуру выработки, внутреннее пространство свободно. Благодаря этому работы могут механизированы. Породу разрабатывают буровзрывным способом с применением бурильных машин. Погрузку породы в вагонетки большого объема/автосамосвалы осуществляют погрузочными машинами или экскаваторами на гусеничном ходу. При бетонировании обделки применяют передвижные металлические формы, создающие фронт работ, достаточный для применения бетоноукладочных машин.

10. Краткая характеристика способов сооружения тоннелей в слабых, мягких и полускальных породах. + и -

В полускальных и мягких породах преимущественно способ опертого свода, реже — способ полностью раскрытого сечения, в слабых породах — способ опорного ядра. Закрепляют выработки обычно с помощью деревянной веерной крепи, название из-за расположения стоек (штендеров), поддерживающих кровлю и лежащих в одной плоскости, в направлении от середины к контуру сечения.

Способ полностью раскрытого сечения. Применяют и с поточным и кольцевым развертыванием работ по длине выработки. В первом случае раскрытие сечения начинают с рассечки верхней штольни 2, производимой из нижней направляющей штольни 1.

После проходки верхней штольни > чем на 3 кольца, производят раскрытие малой калотты 3, а после продвижения еще на три кольца — большой калотты 4 с соответствующим понижением подошвы выработки. Стойки штольневых рам и ферм малой калотты располагают в разных плоскостях. После выломки 5, от центра к периферии кольца производят разработку боковых частей штроссы 6 с постановкой подшвеллерных столбов, вторую пару которых ставят вертикально. Сооружение обделки 7 начинают с подготовки стен под фундаменты и бетонирования их.

Достоинства: расчленение общего забоя выработки на ряд низких забоев не требующих крепления; наличие широкого фронта работ, позволяющего при малых возможностях для механизации одновременно использовать большое количество рабочей силы; сравнительно быстрое продвижение забоя в связи с одновременной работой в нескольких кольцах зоны; монолитность обделки бетонируемой без перерыва в пределах кольца

Недостатки: Конструкция временной крепи сложна и требует большого расхода. Большое число перекреплений при передаче нагрузки от горного давления с крепи меньшей выработки на крепь большей выработки. Сложность работ и загромождение выработки крепью - нет механизации производственных процессов.

Кольцевой вариант способа полностью раскрытого сечения

Из нижней направляющей штольни 1 служащей для открытия промежуточных забоев по расширению сечения производят рассечку верхней штольни 2 на длину, несколько превышающую длину кольца обделки. Крепь верхней штольни берут на подхват, состоящей из первой пары прогонов, опирающихся на наклонные стойки, опорные площадки которых находятся за пределами разрабатываемого кольца (рис. 163). Затем раскрывают калотту с установкой следующих пар прогонов поддерживаемых по концам аналогично первой паре. За наклонные стойки 1 заводят доски 5 лобовой крепи.

Достоинства: быстрое выполнение всего комплекса работ — от проходки до замыкания кольца обделки, горное давление не получает такого развития, как при поточном варианте, удобство работ по возведению обделки в пространстве, не загроможденном поперечной крепью.

Недостатки: необходимость крепления в каждом кольце забоя наполную высоту и трудность удаления верхних прогонов при бетонировании свода, так как рядом с бетонируемым кольцом нет раскрытого кольца

Способ опертого свода. при наличии в подошве калотты достаточно устойчивых пород, позволяющих опереть на них свод обделки без осадок. Идея быстрого возведения постоянной крепи-обделки.

При двухштольневом варианте (длинные тоннелеи или коротких тоннелей в водоносных породах), после рассечки верхней штольни 2, проводимой из направляющей штольни 1, раскрывают калотту 3 с последующим возведением свода 4. Чтобы избежать понижения подошвы-штольни, связанного с необходимостью перекреплений, ведущих к осадкам, высоту верхней штольни принимают максимальной, а при раскрытии калотты ведут разработку породы по бокам до уровня намеченных пят свода. После достижения сводом проектной прочности производят разработку средней штроссы 5. Из средней штроссы 5 делают боковые заходки 6 и 8 под пяты сводаи в них отдельными столбами бетонируют стены 7 и 9. Последний этап — разработка основания 10 и сооружение обратного свода 11.

 

Двухштольневой вариант способа опертого свода

Достоинства: быстрое закрепление постоянной обделкой кровли выработки и уменьшение ее осадок; простота и жесткость калоттной крепи, имеющей сравнительно небольшую высоту; безопасность работ под готовым сводом; незначительные осадки поверхности, что важно в населенном пункте.

Недостатки: необходимость подводки стен под свод, обладающий значительной жесткостью и весьма чувствительный к неравномерным осадкам, возможность возникновения при этом деформации свода под действием бокового давления породы. Двухштольневой вариант способа опертого свода применяют в мало-сжимаемых мягких и средней крепости скальных породах при отсутствия существенного бокового давления.

Одноштольневой вариант способа опертого свода

Одноштольневый варианте с верхней направляющей штольней.Применение верхней штольни 1 в качестве направляющей исключает возможность раскрытия на ее базе промежуточных забоев расширения. Поэтому расширение сечения происходит с двух порталов встречными забоями.

По мере продвижения вперед забоя верхней штольни раскрывают калотты 2 и бетонируют своды 3 в шахматном порядке через одно—три кольца. Транспорт породы по верхней штольне осуществляется в вагонетках по рельсовому пути или при помощи ленточного транспортера.

Достоинство: сокращение расходов по проходке штолен и раскрытие калотты в ненарушенной породе. Недостатки: вытекают из недостатков верхней штольни как опережающей выработки.

.

11. Способ раскрытия сечения по частям на полный профиль. + и -

Способ полностью раскрытого сечения. Применяют и с поточным и кольцевым развертыванием работ по длине выработки.

В первом случае раскрытие сечения начинают с рассечки верхней штольни 2, производимой из нижней направляющей штольни 1.

Поточный вариант способа полностью раскрытого сечения

После проходки верхней штольни > чем на 3 кольца (каждое длиной < 4 м) и < 40—50 м, производят раскрытие малой калотты 3, а после продвижения еще на три кольца — большой калотты 4 с соответствующим понижением подошвы выработки. Стойки штольневых рам и ферм малой калотты располагают в разных плоскостях.

Следующая стадия работ - подготовка основания для опирания крепи полностью раскрытой выработки. Для этого укладывают лежаки — бревна, отесанные на два канта.

После выломки 5 устанавливают средние подшвеллерные столбы так, чтобы они составляли продолжение первых стоек фермы большой калотты. Далее от центра к периферии кольца производят разработку боковых частей штроссы 6 с постановкой подшвеллерных столбов, вторую пару которых ставят вертикально. При помощи подшвеллерных столбов полностью воспринимается и передается на лежаки нагрузка, действующая на крепь большой калотты.

Сооружение обделки 7 начинают с подготовки стен под фундаменты и бетонирования их. По окончании бетонирования стен устанавливают кружала свода.

Длина зоны, на протяжении которой производят одинаковые работы, занимает 1-3 кольца. Общая длина участка расширения составляет до 18 колец.

Достоинства: расчленение общего забоя выработки на ряд низких забоев не требующих крепления; наличие широкого фронта работ, позволяющего при малых возможностях для механизации одновременно использовать большое количество рабочей силы; сравнительно быстрое продвижение забоя в связи с одновременной работой в нескольких кольцах зоны; монолитность обделки бетонируемой без перерыва в пределах кольца

Недостатки: Конструкция временной крепи очень сложна и требует большого расхода. Большое число перекреплений при передаче нагрузки от горного давления с крепи меньшей выработки на крепь большей выработки. Сложность работ и загромождение выработки крепью - нет механизации производственных процессов. Поэтому он не применяется при современных скоростных проходках и недопустим в городских условиях, где исключены осадки поверхности. Областью его применения является проходка коротких тоннелей до 60 м² в неводоносных глинистых грунтах.

Кольцевой вариант способа полностью раскрытого сечения

Сущность кольцевого варианта способа полностью раскрытого сечения заключается в следующем. Из нижней направляющей штольни 1 служащей для открытия промежуточных забоев по расширению сечения производят рассечку верхней штольни 2 на длину, несколько превышающую длину кольца обделки. Крепь верхней штольни берут на подхват, состоящей из первой пары прогонов, опирающихся на наклонные стойки, опорные площадки которых находятся за пределами разрабатываемого кольца. Затем раскрывают калотту с установкой следующих пар прогонов поддерживаемых по концам аналогично первой паре. За наклонные стойки 1 заводят доски 5 лобовой крепи.

Полная крепь выработки

Достоинства кольцевого варианта заключаются в быстром выполнении всего комплекса работ — от проходки до замыкания кольца обделки — в выработке сравнительно небольшого протяжения, в связи с чем горное давление не получает такого развития, как при поточном варианте, а также в удобстве работ по возведению обделки в пространстве, не загроможденном поперечной крепью.

Недостатки способа — необходимость крепления в каждом кольце забоя наполную высоту и трудность удаления верхних прогонов при бетонировании свода, так как рядом с бетонируемым кольцом нет раскрытого кольца

 

12. Способ опертого свода. Одноштольневой, двухштольневой. + и -

применяется при наличии в подошве калотты достаточно устойчивых пород, позволяющих опереть на них свод обделки без его существенных осадок. Идея в предотвращении осадок кровли и развития горного давления путем быстрого возведения постоянной крепи-обделки.

При двухштольневом варианте этого способа, применяемом в случае сооружения длинных тоннелей (широкий фронт работ) или коротких тоннелей в водоносных породах,

1) Направляющая штольня 1(развед-дренажная штольня)

2) рассечка верхней штольни 2, проводимой из штольни 1 (грунт вниз в вагонетки)

3) раскрывают калотту 3

4) Последующее возведение свода 4 (он опирается на породу)

5) После достижения сводом проектной прочности производят разработку средней штроссы 5.

6) Из средней штроссы 5 делают боковые заходки 6 и 8 под пяты свода и в них отдельными столбами бетонируют стены 7 и 9.

7) Последний этап — разработка основания 10 и сооружение обратного свода 11.

Двухштольневой вариант способа опертого свода

Для обеспечения вентиляции калотт, а также для создания запасных выходов и подачи длинномерных материалов нижнюю и верхнюю штольни соединяют не реже чем через 30 м наклонными ходками и не реже чем через 12 м вертикальными ходками для сбрасывания породы.

Крепь калотты

Особенно ответственной операцией является примыкание бетона столба к поверхности пят свода. Чтобы в последующем не произошла осадка свода, необходимо обеспечить полную монолитность конструкции. Бетон столба не доводят примерно на 20—40 см до пят свода и его поверхности придают горизонтальное положение. После выдерживания бетона в течение двух суток зазор забивают тонкими наклонными слоями жесткой бетонной смеси с тщательным трамбованием.

К достоинствам: быстрое закрепление постоянной обделкой кровли выработки и уменьшение ее осадок; простота и жесткость калоттной крепи, имеющей сравнительно небольшую высоту; безопасность работ под готовым сводом; незначительные осадки поверхности.

Основным недостатком является необходимость подводки стен под свод, обладающий значительной жесткостью и весьма чувствительный к неравномерным осадкам, а также возможность возникновения при этом деформации свода под действием бокового давления породы.

Двухштольневой вариант способа опертого свода применяют в мало-сжимаемых мягких и средней крепости скальных породах при отсутствия существенного бокового давления.

Способ опертого свода может быть применен также в одноштольневом варианте с верхней направляющей штольней, особенности применения которой изложены.

Одноштольневой вариант способа опертого свода

Применение верхней штольни 1 в качестве направляющей исключает возможность раскрытия на ее базе промежуточных забоев расширения. Поэтому расширение сечения происходит с двух порталов встречными забоями.

По мере продвижения вперед забоя верхней штольни раскрывают калотты 2 и бетонируют своды 3 в шахматном порядке через одно—три кольца. Транспорт породы по верхней штольне осуществляется в вагонетках по рельсовому пути или при помощи ленточного транспортера, располагаемого в продольной канаве под полом верхней штольни.

Достоинством одноштольневого варианта способа опертого свода является сокращение расходов по проходке штолен и раскрытие калотты в ненарушенной породе. Недостатки варианта вытекают из недостатков верхней штольни как опережающей выработки.

Одноштольневый вариант способа опертого свода целесообразно применять при сооружении коротких (до 300 м) тоннелей в крепких сухих породах при условии взрывания боковых штросс малыми зарядами низкобризантных ВВ.