Проходка та кріплення штолень

Поперечний переріз штолень приймають, як правило, трапецеїдальної форми, розміри його визначаються габаритами рухомого складу (локомотива, вагонеток) з урахуванням залишення безпечних зазорів та прокладки по штольнях комунікацій (електрокабелі, труби). Ширина зазору між найбільш виступаючими частинами рухомого складу і кріпленням повинна бути з одного боку не менше 25 см, а з іншого - 70 см (для проходу людей). У двоколійних штольнях ширина зазору між виступаючими частинами рухомого складу в міжколії не менше 20 см. У місцях проведення маневрових робіт прохід для людей повинен бути з обох боків штольні. Висоту штолень приймають такою, щоб контактний провід був не нижче 2,2 м від головки колійних рейок.

Основними типами кріплення штолен є трапецеїдальна та арочна, що дозволяють сприймати вертикальне та бічне тиск грунтів. Залежно від терміну служби кріплення виконують із дерева, залізобетону або металу.

Тимчасове дерев'яне кріплення для штольні складається з дерев'яних рам-дверних окладів. Повний дверний оклад трапецеїдальної форми (рис. 101 а) складається з чотирьох частин: горизонтального колоди — верхняка, двох похилих стійок, що підтримують верхняк, і лежня. Для верхняка і лежни рам застосовують круглий ліс діаметром 20-30 см, а для стійок - діаметром 18-26 см. Повні дверні оклади застосовують при проходці штолень в м'яких і нестійких породах. В цьому випадку тиск від стійок передається через лежання на велику поверхню породи.

Дверний оклад без лежня називають неповним (рис. 101,6), у цьому випадку нижні кінці стійок заглиблюють у породу на 10-15 см. Таке кріплення влаштовують у міцних і стійких породах.

Мал. 101. Дверні оклади (а, б) та з'єднання їх елементів (в, г): а- Повний дверний оклад; б - те ж неповний; в - з'єднання елементів окладу "зуб"; г - те ж у "шор"; 1 - верхняк; 2 - стійка; 3 - лежень

Окремі елементи окладу дверей з'єднуються в «зуб» (рис. 101, в) або в «шор» (рис. 101, г).

При великому гірському тиску і в місцях сполучення з іншими виробками дверні оклади встановлюють впритул один до одного, таке кріплення називають суцільним. Найчастіше, залежно від інженерно-геологічних умов, дверні оклади встановлюють з відривом 0,75-1,5 м і розкріплюють у поздовжньому напрямі розпірками (рошпанами) діаметром 10-12 див (рис. 102). Вгорі рошпани встановлюють у стиків верхняка зі стійками, внизу-на висоті 0,5 м від підошви виробітку. З елементами окладів дверей розпірки з'єднують врубкою в «шор» і металевими скобами.

Покрівлю та боки штольні кріплять затяжками-дошками товщиною 4-6 см або обаполками. Довжину затяжок приймають на 30-40 см більше відстані між осями суміжних рам. При проходці у стійких породах боки штольні залишають без кріплення або кріплять дошками врозбіг. У слабких породах боки штольні кріплять затяжками впритул і розкріплюють клинами.

Затягування в покрівлі (марчевани) встановлюють під деяким кутом: одним кінцем їх спирають на верхняк останньої рами, а іншим заводять у штрабу, зроблену в ґрунті верхньої частини вибою. Після встановлення чергової рами на її верхняк кладуть поперечну дошку товщиною 5-6 см та шириною 18-20 см, звану філатою. За допомогою тимчасових клинів, що забиваються між філатою та верхняком рами, притискають передні кінці марчеван впритул до породи. Потім по черзі виймають клини з-під філати, встановлюють замість них марчевани на наступну заходку і забивають постійні клини між філатою та марчеванами тощо. У разі збільшеннягірського тиску штольню додатково розкріплюють установкою проміжних рам, середніх стояків та підхватів.

У підошві штольні влаштовують водовідвідну канавку шириною 30-40 см та глибиною 40-60 см, залежно від припливу ґрунтових вод.

Замість дерев'яних рам для кріплення штольон застосовують також інвентарні металеві рами (рис. 103, а-0), що виготовляються із залізничних рейок, двотаврових балок, а також залізобетонні рами з окремих збірних елементів (рис. 103, г). Перевага кріплення інвентарними рамами - можливість їх багаторазового використання, вогнестійкість, швидкість збирання та розбирання.

Останнім часом у гірничій промисловості широкого поширення набула арочна податлива кріплення типу АП, що виготовляється з металу спеціального коробчатого профілю СВП (рис. 104). Аркова форма кріплення близька до обрису склепіння, що дозволяє краще сприймати гірський тиск. Податливість кріплення забезпечується спеціальною конструкцією ланки, що з'єднує її елементи. Кріплення має невисоку вартість, перевагою її є також можливість багаторазового застосування.

Аркова податлива триланкова (АП-3) і пятизвенная (АП-5) кріплення застосовується для кріплення штольнеподібних виробок перерізом 6-17 м2 за різних геологічних умов.

Проходку штолень у скельних ґрунтах ведуть буропідривним способом. Цикл складається з наступних процесів: буріння шпурів, закладки зарядів і підривання, провітрювання вироблення, оборки породи з кріпленням покрівлі, навантаження ґрунту у вагонетки з відкаткою, розробки лунок під стійки, установки рамного кріплення та затяжки боків, пристрої водовідвідної канави та відкаткових колій .

Мал. 102. Кріплення штольні: 1 - стійка; 2 - верхняк; 3 - металева скоба; 4 - верхня та нижнярозпірки (рошпани); 5-затяжка з дощок (марчеван); 6 - поперечна дошка (філата); 7 - дерев'яний клин; 8 - відкатний шлях; 9 - водовідвідна канавка; 10 - затяжка бічної стіни штольні

Мал. 103. Кріплення штольні рамами: а - неповна рама з рейок; б - повна рама з рейок; в - вузол з'єднання рейкових верхняків і стійки; г - залізобетонна рама із збірних елементів

Мал. 104. Металева аркова триланкова податлива кріплення АП-3: 1-верхня ланка з профілю СВП; 2 - нижні ланки; 3 - скоба кріплення; 4, 5 - елементи кріплення скоби до профілю

Мал. 105. Схема установки схилів при перевірці положення рам щодо поздовжньої осі: 1 — схили, опущені з маркшейдерського цвяха; 2 — виска на нововстановленій рамі

Шпури бурять перфораторами або буровими машинами з промиванням шпуру, що забурюється, водою. Число шпурів, їх розташування та глибина, тип і кількість вибухових речовин (ВВ) та засобів підривання (СВ) встановлюють залежно від геологічних умов. Для кожного випадку складають паспорт, який затверджує головний інженер будівельно-монтажного управління або тунельного загону.

Відстань між рамами кріплення перевіряють понизу і поверху спеціальним шаблоном, а вертикальність рам і нахил стійок схилями, що опускаються від стиків верхняка і стійок до підошви штольні. Правильність встановлення кожної нової рами щодо поздовжньої осі штольні перевіряють по схилу, який повинен перебувати на одній лінії (у створі) з схилами, що опускаються з маркшейдерських цвяхів, забитих у середині верхняків попередніх рам (рис. 105). Правильність положення рами у профілі перевіряють за допомогою рейки та рівня, що встановлюються на висотні маркшейдерські милиці, що забиваються у стійки рам на відстані1 м від підошви штольні.

Вивірену раму розклинюють у верхніх кутах виробітку і розкріплюють розпірками (рошпанами) в попередню раму. У покрівлі марчевани перекріплюють на верхняк і кріплять боки штольні (знизу догори) дошками врозбіг. Влаштуванням водовідвідної канавки та нарощуванням відкатних шляхів закінчується цикл робіт з проходки штольні на захід.

Проходку штолень у нестійких ґрунтах (пісках, супесях) ведуть із застосуванням забивного кріплення. При цьому лоб забою кріплять горизонтальними дошками суцільно, заводять їх за стійки останньої рами і розклинюють. Повний цикл робіт складається із забиття марчеван у покрівлі та в боках вироблення, виїмки ґрунту у вибої з перекріпленням лобових дощок, встановлення рами повного дверного окладу, пристрою водовідвідної канавки та укладання відкатних шляхів.

Мал. 106. Схема розміщення обладнання під час проходження штольні комбайном: 1 — стріла комбайна; 2 - арочне кріплення штольні; 3 - прохідницький комбайн; 4 - вентиляційна труба; 5 - конвеєр (транспортер); 6 - вагонетки; 7 - електровоз

Проходку штольні в породах середньої фортеці (глинах, мергелях, суглинках та ін.) ведуть шляхом розробки породи відбійними молотками та навантаження її у вагонетки навантажувальними машинами або із застосуванням стрілових прохідницьких комбайнів з перевантажувачами, які повністю механізують процес розробки ґрунту та навантаження його в 106). Довжину заходки в цих умовах приймають в межах 0,75-1,2 м. Розробку ґрунту в вибої відбійними молотками починають в середній частині пристроєм вруба висотою 50-70 см, який потім розширюють вгору і вниз, розробляючи верхній і нижній уступи. В останню чергу добирають покрівлю та лоток штольні. Роботу ведуть переважно двома молотками, розробляючи спочатку ядро штольні, а потімкраю та кути.

Проходку штольні ведуть на основі заздалегідь розроблених графіків-циклограм, що враховують особливості даного вибою і показують, де і в якій послідовності повинні проводитися чергові роботи з циклу. Циклічна організація робіт дозволяє досягати високих швидкостей проходки.