Совершенствование параметров конструкции расстрелов армировки шахтных стволов

В практике строительства, реконструкции и эксплуатации шахт и рудников наибольшее распространение получила жёсткая армировка вертикальных стволов. В стволах, оборудованных скиповыми подъёмами с большой концевой нагрузкой, как правило, применяется металлическая армировка, конструктивно состоящая из расстрелов и проводников. Расстрелы, в зависимости от их назначения, подразделяют на главные, если к ним прикрепляются проводники для направления перемещающихся подъёмных сосудов, и вспомогательные, если они предназначаются для монтажа на них лестничного отделения и укрепления различных труб, кабелей и др. ^{[1, 2]}.

Для стволов ограниченной глубины и производственной мощностью шахт применяют расстрелы из двутавровых балок, а для стволов больших производственных мощностей и глубины — расстрелы коробчатой формы (Таблица 1).

Коробчатый профиль имеет ряд преимуществ по сравнению с двутавровым: более высокий момент сопротивления в горизонтальной плоскости при сохранении той же массы профиля, больший крутящий момент, уменьшается влияние коррозии, которая при двутавровом профиле распространяется по всему периметру сечения, а при коробчатом профиле только по наружному контуру.

Расстрелы из двутавровых балок могут быть составными из отрезков различной длины, которая может регулироваться при возможной деформации крепи ствола (Рис. 1).

Расстрелы из двутавровых балок и балок коробчатого профиля имеют общий конструктивный признак, а именно наличие верхних и нижних горизонтальных полок (Рис. 2).

В стволах со скиповым подъёмом полезных ископаемых наблюдается разрушение верхних полок расстрелов от многократных лобовых ударов кусков породы, масса которых может достигать 150-200 кг.

В результате постоянного воздействия подобных нагрузок на верхние полки расстрелов, капежа шахтных вод при наличии в воде сульфатных ионов или повышенного значения водородного показателя возможно возникновение коррозии элементов металлической армировки. Интенсивность разрушения стенок расстрелов и проводников из-за коррозии колеблется от 0,03 до 0,16 мм в год. При такой скорости разрушения возникает необходимость за срок службы ствола производить двух- или трёхкратную армировку Подобные явления наблюдаются в процессе эксплуатации ствола «Скиповой» Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда». Ствол «Скиповой» был пройден с отметки +630 м до отметки гор. +115 м и введён в эксплуатацию в 1982 г. В 2013 г. завершены работы по его углубке до гор. -85 м. Схема армировки принята с учётом практики эксплуатации ствола «Скиповой» при отработке вышележащих горизонтов (Рис. 3). Сырая руда с подготовленных горизонтов выдаётся двумя скипами 2СН-20, ёмкостью 20 м³, а порода двумя породными скипами 2СН-7,5 7 м³. В качестве расстрелов на основании расчётов принята двутавровая балка 36М ^[4].

В практике эксплуатации расстрелов двутаврового профиля для защиты верхних горизонтальных полок от локальных ударов могут быть использованы защитные козырьки из упругих разрезных труб, соединённых пружинами, которые прижимают данные защитные козырьки к горизонтальным полкам двутавровой балки расстрела.

Существенными недостатками данных расстрелов являются конструктивная сложность, высокая металлоёмкость и возможность разрушения при воздействии ударных нагрузок кусками породы или руды при выпадении из скипов. С целью упрощения конструкции, снижения металлоёмкости и в то же время величины ударной нагрузки от падающих кусков рудной и породной просыпи разработана конструкция расстрела горизонтальная полка двутавровой балки которого защищена жёстко закреплённым металлическим уголком (Рис. 4).
Расстрел армировки шахтного ствола содержит балку 1 с горизонтальной полкой 3, на которой жестко закреплен защитный козырек из металлического уголка 5, ребро 6 которого направлено вверх. Масса расстрела при закреплении на полке 3, балки 1, уголка 5 увеличивается незначительно по сравнению с увеличением момента сопротивления, что исключает разрушение расстрела при точном, но чрезвычайно редком падении куска рудой или породной просыпи на ребро 6 уголка 5.
В большинстве случаев падения кусков породной просыпи на расстрел ударная нагрузка воспринимается наклонными плоскостями уголка 5. При этом происходит не полное гашение кинетической энергии, а уменьшение энергии падения кусков породы, связанное с изменением направления падения.
Ударная нагрузка отражения незначительна. Незначительное конструктивное усложнение расстрела, связанное с установкой и закреплением уголка 5 на полке 3, балки 1 резко повышает срок службы расстрела армировки шахтного ствола ^[5].

Разработанная конструкция расстрела относится к жёсткой армировке вертикальных стволов шахт и может быть использована при строительстве горных предприятий угольной и горнорудной промышленности.

Список литературы
1. Першин, В. В. Строительство и углубка вертикальных стволов шахт / В. В. Першин А. И. Копытов, В. И. Сарычев. – Новосибирск: «Наука», 2014. – 351 с.
2. Першин, В. В. Реконструкция горных предприятий / В. В. Першин А. И. Копытов, В. И. Сарычев. – Новосибирск: «Наука», 2014. – 204 с.
3. Покровский, Н. М. Комплексы подземных горных выработок и сооружений. – Москва: «Недра», 1987. – 248 с.
4. Копытов, А. И. Армирование ствола «Скиповой» при реконструкции Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда» / А. И. Копытов, А. О. Куркин. – Кемерово: Вестник КузГТУ, 2014. – № 6. – С. 47-50.
5. Копытов, А. И. Расстрел армировки шахтного ствола / А. И. Копытов, М. Д. Войтов, А. А. Вети / Патент на полезную модель № 155223. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 02.09.2015 г. Опубл. в Б. И., 2015. – № 27.

Авторы: Александр Иванович Копытов, президент Сибирского отделения Академии горных наук, д.т.н., профессор, e-mail: L01BDV@yandex.ru
Михаил Данилович Войтов, к.т.н., проф каф СПСШиРМПИ КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева
Ахмед Аиманович Вети, аспирант каф. СПСШиРМПИ КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева, e-mail: wetti_a@mail.ru