Проведение горных выработок
Проведе'ние го'рных вы'работок, проходка горных выработок, искусственное образование в земной коре полостей путём выемки горных пород для вскрытия месторождения полезного ископаемого, транспортировки, вентиляции и т.д. Этим целям служат шахтные стволы, штольни, квершлаги, горизонтальные и наклонные выработки (штреки, бремсберги, уклоны) и др.
Для П. г. в. в зависимости от их назначения, горно-геологических и гидрологических условий существует несколько способов. Способы П. г. в. зависят также от уровня и степени механизации горнопроходческих работ.
Шахтные стволы в породах, где притоки подземных вод до 5 м3 /ч , сооружают обычным способом; при притоках свыше 5 м3 /ч — специальными способами, применение которых определяется не только по фактору притока подземных вод, но и по устойчивости пород. Например, при проведении горизонтальных и наклонных выработок в неустойчивых породах (пески, супеси и т.п.) применяют специальные способы при притоках вод менее 5 м3 /ч , а в устойчивых скальных породах притоки воды даже до 50 м3 /ч могут не вызывать необходимости применения специального способа. В отличие от обычных, специальные способы характеризуются производством работ по предварительному закреплению массива горных пород, в котором сооружается горная выработка, что позволяет повысить его устойчивость и снизить водопритоки. К специальным относятся следующие основные способы: кессонный (см. Кессон ), инъектирование (см. Закрепление грунтов ); замораживание пород (см. Замораживание грунтов ); понижение уровня подземных вод с помощью скважин и водоотливных средств (см. Осушение месторождений полезных ископаемых ); закрепление пород по контуру горной выработки опускной или забивной крепью, предохраняющей забой от вывалов породы, снижающей приток воды в горную выработку и существенно улучшающей условия по выемке породы в забое и возведению постоянной крепи. Ведутся экспериментальные работы по сплавлению слабых водоносных пород электрическим током. При сооружении вертикальных стволов и наклонных выработок в плывунах применяется, как правило, замораживание пород по контуру горной выработки, а при проведении горизонтальных выработок — сплошное замораживание массива с поверхности либо проходка под сжатым воздухом (кессонный способ).
В водоносных породах возможно предварительное осушение и снижение водопритока путём откачки воды погружными или артезианскими насосами из скважин, пробуренных на водоносный горизонт с поверхности, а также через забойные фильтры, установленные в сооружаемой выработке.
Вертикальные горные выработки (шахтные стволы) сооружаются, как правило, с присутствием людей в забое; в промышленных масштабах ведутся (1975) экспериментальные работы по бурению шахтных стволов. При сооружении шахтных стволов применяют полок проходческий, расположенный в 10—20 м от забоя, и временный подъём с сосудами в виде саморазгружающихся на поверхности бадей, который обеспечивает транспортную связь забоя с поверхностью (рис. 1 ). Крепкие и средней крепости горные породы разрушают буровзрывным способом, породы мягкие — механическим (с помощью отбойных молотков и пневмолопат).
В СССР большинство процессов по сооружению шахтных стволов механизировано. Шпуры глубиной до 5 м бурят с помощью дистанционно управляемых многошпиндельных бурильных установок, которые перемещаются по забою тельфером погрузочной машины. Для погрузки породы применяют погрузочные машины с механизированным вождением грейфера. Постоянная крепь большинства стволов — монолитный бетон, который подают с поверхности по трубам за передвигающуюся вслед за забоем металлическую опалубку. На базе породопогрузочных машин создано несколько типов проходческих комплексов, которые позволили максимально совместить основные процессы проходческого цикла и достичь рекордных показателей по скорости проходки и производительности труда. В 1969 на проходке ствола диаметром 6,2 м шахты 17—17-бис в Донецком угольном бассейне был установлен мировой рекорд скорости проходки — 401,3 м/мес.
Для сооружения стволов в слабых и средней крепости породах успешно применяют проходческие комбайны (см. Горный комбайн ), которые позволяют механизировать процессы разрушения и выдачи породы из забоя ствола с одновременным возведением постоянной монолитной бетонной крепи. При сооружении стволов комбайнами в Карагандинском угольном бассейне достигнуты высокие показатели производительности труда (13,7 м3 готового ствола на выход проходчика) и скорости проходки (133 м/мес ).
Горизонтальные и наклонные горные выработки проводят с применением буровзрывных работ или с использованием проходческих комбайнов. Выбор технологии и оборудования для проведения выработок зависит как от размеров их поперечных сечений, устанавливаемых в зависимости от назначения выработки, так и от крепости и устойчивости пород.
При проведении выработок буровзрывным способом для погрузки отбитой взрывом породы используют погрузочные машины или скреперные установки (рис. 2 ).
Для проходки горизонтальных и наклонных (до 35°) выработок в некрепких породах применяют проходческие комбайны, которые разрушают породу и грузят её в вагонетки или на конвейер (рис. 3 ). Комбайновый способ проведения выработок является более безопасным и эффективным, чем буровзрывной; при этом почти не нарушается целостность окружающих выработку пород. Вслед за подвиганием забоя в выработке устанавливают крепь, монтируют новые звенья рельсовых путей, конвейера, трубопроводы вентиляционные и противопожарного водоснабжения и др.
В СССР достигнуты следующие максимальные скорости П. г. в.: проходческими комбайнами 2000 м /мес , при буровзрывном способе 800 м /мес , при проведении выработок больших сечений в околоствольном дворе до 4700 м3 /мес. Средние скорости П. г. в. значительно ниже. Это объясняется сложными горно-геологическими условиями конкретных объектов, необходимостью в ряде случаев (например, в транспортных тоннелях) при возведении крепления прекращать др. работы и т.п.
Подземные камеры обычно располагают в крепких, устойчивых породах. В зависимости от размеров поперечного сечения и устойчивости вмещающих пород камеры сооружают сплошным забоем или с разделением забоя на части с последовательной разработкой массива в каждой из них (рис. 4 ).
Постоянную крепь камер чаще выполняют из монолитного бетона или железобетона. Иногда применяют комбинированные крепи (например, свод закреплен монолитным железобетоном, стены — анкерной крепью и набрызг бетоном по металлической сетке).
Для обеспечения надёжности контакта крепи с окружающим массивом после её возведения оставшиеся пустоты между крепью и массивом горных пород заполняют инертным негорючим материалом или цементным раствором. В крепких, устойчивых породах тоннели сооружают буровзрывным способом с применением аналогичного оборудования и по той же технологии, что и при проведении выработок. В слабых и средней крепости породах можно сооружать тоннели с помощью щитов проходческих или комбайнов. При использовании механизированных проходческих щитов для сооружения тоннелей (рис. 5 ) в качестве постоянной крепи иногда применяют монолитно-прессованную крепь, которую получают путём прессования бетонной смеси давлением, создаваемым самим щитом или др. устройством. Прессованная монолитная бетонная обделка плотно прилегает к окружающим выработку породам, в связи с чем отпадает необходимость в нагнетании раствора за крепь.
В СССР совершенствование технологии и способов П. г. в. ведётся в направлении создания и внедрения проходческих комплексов, максимально механизирующих процессы проходки.
