Крепление вертикальных стволов: Конструкции, материалы и технологии
Вертикальные стволы— ключевые транспортные артерии шахты, требующие надежной и долговечной крепи. В статье рассмотрены основные виды крепи, применяемые материалы и технологические особенности их возведения.
1. Назначение и требования к крепи шахтных стволов
Крепь вертикального ствола — это постоянная конструкция, воспринимающая горное давление, изолирующая ствол от водоносных горизонтов и обеспечивающая безопасность передвижения людей, транспортировки грузов и вентиляции.
2. Классификация и виды крепи
2.1. Тюбинговая крепь
Наиболее распространенный тип крепи для глубоких стволов в сложных гидрогеологических условиях.
Материалы: Чугун, железобетон, реже — сталь.
Конструкция: Состоит из отдельных тюбингов (блоков), собираемых в кольца. Тюбинги имеют пазы и шипы для точной стыковки.
Преимущества:
Высокая прочность и герметичность.
Возможность механизированной сборки.
Устойчивость к агрессивным подземным водам.
Недостатки: Высокая стоимость и металлоемкость.
Область применения: Стволы большой глубины, обводненные и неустойчивые породы.
2.2. Монолитная бетонная и железобетонная крепь
Прочная и герметичная конструкция, формируемая непосредственно в закрепном пространстве.
Технология: Установка опалубки с последующей заливкой бетонной смеси. Армирование используется для повышения прочности на растяжение.
Преимущества:
Отсутствие швов, высокая герметичность.
Плавный контур ствола, улучшающий аэродинамику.
Относительно низкая стоимость материалов.
Недостатки: Трудоемкость, длительный цикл работ, зависимость от качества бетонирования.
Область применения: Стволы в устойчивых и средней устойчивости породах.
2.3. Сборная железобетонная крепь
Конструкция из заранее изготовленных железобетонных элементов (блоков, плит).
Конструкция: Крупные блоки (например, типа ребристых тюбингов ВНИИОМШС и СТК) устанавливаются по контуру ствола.
Преимущества:
Высокие темпы проходки за счет готовых элементов.
Качество элементов, контролируемое в заводских условиях.
Недостатки: Наличие швов, требующих тщательной зачеканки, сложность транспортировки габаритных элементов.
Область применения: Стволы в устойчивых породах с невысоким водопритоком.
2.4. Комбинированная крепь
Используется в особо сложных условиях, сочетая преимущества разных типов.
Варианты:
Чугунная тюбинговая крепь с заливкой закрепного пространства: Для равномерного восприятия давления.
Временная крепь (набрызг-бетон, анкерная) с постоянной монолитной: На период строительства.
Область применения: Зоны тектонических нарушений, чрезвычайно высокого горного давления или водопритоков.
3. Критерии выбора типа крепи
Выбор оптимальной конструкции крепи является ключевым проектных решением и зависит от комплекса факторов:
Глубина ствола: С ростом глубины увеличивается горное давление, требуя более прочных решений (тюбинги, монолитный ж/б).
Геологические условия: Устойчивость пород, наличие зон тектонических нарушений, пучения.
Гидрогеологические условия: Величина и химическая агрессивность водопритоков.
Срок службы шахты: Для долгосрочных проектов требуются самые надежные и долговечные материалы.
Экономическая эффективность: Баланс между первоначальными затратами и стоимостью эксплуатации и ремонта.
4. Технология возведения крепи
Процесс идет вслед за проходкой забоя и включает:
Подготовка закрепного пространства: Очистка от породы, выравнивание.
Установка крепи: Монтаж тюбингов, сборных блоков или опалубки для бетона.
Герметизация: Зачеканка швов тюбинговой крепи или заливка закрепного пространства тампонажным раствором для передачи давления на породу.
Набор прочности: Для монолитного бетона — выдержка до достижения проектной прочности.
Эволюция способов крепления шахтных стволов — от деревянных венцов к современным чугунным тюбингам и монолитному железобетону — отражает стремление к повышению безопасности, долговечности и экономической эффективности строительства подземных объектов. Выбор типа крепи сегодня является результатом сложного инженерного расчета, учитывающего все многообразие горно-геологических и эксплуатационных условий, и во многом определяет успешную работу шахты на десятилетия вперед.
Изображения взяты с портала https://bigenc.ru/c/shakhtnyi-stvol-a8008e. Автор Simon Turner.