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).

Профили, размеры и основные показатели балок расстрелов

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).

Составной расстрел с регулируемой длиной

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

Конструкции составных расстрелов

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].

Схема армировки ствола «Скиповой»
Новая конструкция расстрела армировки шахтного ствола

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

Материал опубликован в журнале «Добывающая промышленность» №2 2016 г.

Отраслевые решения

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.