Кріплення устя й спосіб його спорудження при будівництві й ліквідації вертикального стовбура

Реферат: Винахід належить до гірничої справи, зокрема до кріплення устя вертикального стовбура і способу, що ізолює його від земної поверхні. Удосконалення кріплення устя та способу його спорудження при будівництві й ліквідації вертикального стовбура досягається шляхом спорудження монолітної армобетонної конструкції двоступінчатої форми за допомогою основних двотаврових балок, арматур і бетону. При цьому збільшення тривалості збереження несучої здатності цієї конструкції досягається за рахунок запобігання сповзанню порід наносів шляхом їх часткової попередньої виїмки й створення в корінних породах ніші-прорізу для закладення помосту перекриття вертикального стовбура безпосередньо під час спорудження його устя. UA 101061 C2 (12) UA 101061 C2 UA 101061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи, зокрема до кріплення устя вертикальних стовбурів і способу, що ізолює їх від земної поверхні. Відомі типи кріплення устя вертикальних стовбурів і спосіб спорудження кріплення устя вертикальних стовбурів шляхом зведення в наносах на границі із земною поверхнею бетонного східчастого кільцеподібного вінця й оголовка устя (Справочник инженера-шахтостроителя. В 2-х томах. Т.2. Под ред. Седова Б.Я. и др. – М.: Недра, 1972.-697 с. - С. 3-26). Недолік відомих типів кріплення устя і способу його спорудження полягає в непідготовці прорізів, що споруджуються заздалегідь, у цьому кріпленні для опори помостів перекриттів, що будуються при ліквідації цих стовбурів, відсутність яких згодом приводить до втрати їхньої стійкості, підвищених деформацій і навіть руйнувань. Відомі пристрої кріплення приустєвої частини вертикальних стовбурів і способи їхнього спорудження засновані на пристроях східчастих вінців з монолітного бетону, що опираються тільки на породи наносів. Найбільш близьким по технічній суті й результату, що досягається, є пристрій для ізоляції ліквідованого вертикального глибокого стовбура шахти від земної поверхні за допомогою армобутобетонного спорудження (Пат. України № 82396, E21D 1/00, E21F 15/00, Е21В 33/16, опубл. 10.04.2008, Бюл. № 7). Найбільш близьким є спосіб ізоляції вертикального стовбура, який включає зведення перекриття, що опирається на корінні породи й кріплення з наступним його бетонуванням до рівня земної поверхні, зведення в його приустєвому просторі газовідвідної труби (Пат. України № 82396, E21D 1/00, E21F 15/00, Е21В 33/16, опубл. 10.04.2008, Бюл. № 7). Недоліками відомих пристрою й способу є те, що для їхньої реалізації використовуються малокеровані й небезпечні буро-підривні роботи, наслідком яких є примусове руйнування частини кріплення устя, поява додаткових тріщин, заколів й вивалів у ній. Бетонне кріплення стовбура й бутобетонний матеріал ізоляційного пристрою, піддаючись температурному перепаду й постійно наростаючому бічному тиску порід наносів за тривалий проміжок часу, втрачають міцність і стійкість, що приводить до підвищення деформації, руйнуванню земної поверхні. До отриманих негативних факторів, що впливають на стійкість приустєвої частини ліквідованого стовбура, додаються ще й вплив газоводоповітряного середовища. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення конструкції кріплення устя стовбура й способу її спорудження при будівництві й ліквідації вертикального стовбура шляхом спорудження монолітної армобетонної конструкції двоступінчатої форми за допомогою основних двотаврових балок, арматур і бетону. При цьому збільшення тривалості збереження несучої здатності цієї конструкції досягається за рахунок запобігання сповзанню порід наносів шляхом їх часткової попередньої виїмки й створення в корінних породах ніші-прорізу для закладення помосту перекриття вертикального стовбура безпосередньо під час спорудження його устя. Поставлена задача вирішується тим, що в кріпленні устя вертикального стовбура, що включає монолітне конусоподібне за формою перекриття з кільцевою нішею-прорізом, розміщеною в шарі корінних порід по периметру стовбура, відповідно до винаходу у неї додатково уведені похилі, горизонтальні й радіальні поперечні, вертикальні двотаврові балки й арматура, які установлені в заздалегідь підготовленому двоступінчастому котловані й заповненому бетоном, а в способі спорудження й ліквідації кріплення устя вертикального стовбура, що включає зведення металевої армованої конструкції, з наступним її бетонуванням до рівня земної поверхні, згідно з винаходом, при спорудженні вертикального стовбура спочатку навколо стовбура роблять виїмку порід наносів з утворенням двоступінчастого котловану, надаючи його бортам кут природного укосу, потім у котловані споруджують арматурний із двотаврових балок каркас, після чого заповнюють його бетоном, а при ліквідації вертикального стовбура в забетоновану нішу-проріз, розташовану в корінних породах, установлюють із нахилом двотаврові балки, до яких закріпляють газовідвідну трубу й укладають бетон по всьому периметру, що дозволяє забезпечити стійкість його устя за рахунок запобігання руйнуванню кріплення приустєвої частини не тільки під час експлуатації, але й після ліквідації, а також можливість монтажу помосту перекриття без розсікання кріплення в місці його закладення, тобто без зниження міцних характеристик і несучої здатності кріплення. На фіг. 1 - зображено вертикальний розріз симетричної половини котловану при спорудженні устя стовбура. На фіг. 2-а - сектор котловану з арматурами на рівні земної поверхні з вертикальним розташуванням конструкції кріплення устя стовбура на початковому етапі її спорудження, б вертикальний розріз сектора котловану. На фіг. 3 - вертикальний переріз симетричної половини пропонованого кріплення на проміжному етапі її спорудження в котловані. 1 UA 101061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 4 - вертикальний симетричний розтин половини кріплення на її кінцевому етапі зведення в устя стовбура. На фіг. 5-а - вертикальний симетричний розтин ізолюючої від земної поверхні ліквідованого стовбура перекриття, б - горизонтальний переріз помосту перекриття. При спорудженні із земної поверхні 1 (фіг. 1) котловану 2 і бортів 3 устя вертикального стовбура 4 критична величина його діаметра дорівнює: Dкp=1,2(Hн tgγб+Dc), м, де Нн - потужність порід наносів, м; γб - кут природного укосу борта котловану рівний у наносах 40°; Dc - діаметр стовбура в проходці, м; Армована конструкція кріплення устя вертикального стовбура (фіг. 2) складається з похилих двотаврових балок 5 і 6, з'єднаних між собою й по середині із двотавровою балкою-каркасом 7, один кінець якої з'єднують зі стійкою-двотавром 8, забетонованої в лунці 9, а іншої - з вертикальною двотавровою балкою огородження 10. Забезпечення стійкості конструкції досягається за рахунок додаткової поперечної двотаврової балки 11, що опирається вільним кінцем на полицю-берму 12, яку згодом бетонують і кріплять із балкою 10. У нижній частині конструкції нішу-проріз 13 улаштовують шляхом виїмки корінних порід по периметру навколо стовбура, що кріплять стійкою-двотавром 15, закладеною в лунку 14, з наступним бетонуванням. Перекриття ніші-прорізу здійснюють двотавром 16, який обпирається на уступ корінних порід 17 і на стійку 15. Для додання стійкості пристрою кріплення устя кріплять додаткову поздовжню двотаврову балку 18. Всі з'єднання двотаврових балок виконують за допомогою накладних планок 19 і болтових з'єднань 20. По закінченні робіт з монтажу й кріплення арматурних каркасів із двотаврових балок проводять проміжне бетонування нішіпрорізу 13 і кінця балки 11, розташованої на бермі 12. Після затвердіння бетону 21 за допомогою електрозварювання монтують поздовжню, поперечну й кругову арматури 22 (фіг. 3). По закінченні монтажу арматурного каркаса з попереднім заливанням його бетоном проводять укладання бетону по всьому діаметру котловану кріплення устя стовбура (фіг. 4). У нішу-проріз згодом при ліквідації стовбура заводять (фіг. 5) двотаврові балки 23 і проводять монтаж основи помосту перекриття 24 із пристроєм газовідвідної труби 25 і бетонуванням по діаметру стовбура на висоту від помосту перекриття до рівня земної поверхні. Спорудження кріплення устя вертикального стовбура полягає в наступному: спочатку роблять виїмку наносів на їхню повну потужність корінних порід - на висоту 0,5 Нн із утворенням по периметру стовбура на їхню потужність нахилу бортів двоступінчастого котловану під кутом природного укосу по діаметру, що перевищує діаметр стовбура. При виїмці першого ступеня котловану на глибину, рівну половині висоти порід наносів, залишають по всьому периметру проміжні площадки-берми. Потім у підготовлені поглиблення в корінних породах установлюють вертикальні стійки із двотаврових балок з наступним їхнім бетонуванням у основі, а після затвердіння бетону проводять установку радіальних поперечних горизонтальних двотаврових балок, розташованих в утвореному котловані з бетонуванням і опорою на площадки-берми крайових частин. На рівні земної поверхні в улаштовані поглиблення по периметру котловану вертикально встановлюють стійки із двотаврових балок з наступним їх бетонуванням. Після затвердіння бетону в цих поглибленнях закріплюють поперечні двотаврові балки на рівні земної поверхні, потім укладають радіальні похилі двотаврові балки в котловані. Після цього встановлюють двотаврові балки-стійки. Двотаврові балки між собою з'єднують за допомогою накладних планок 19 і болтових з'єднань 20. По закінченні складання по секторах більш ніж двох поруч розташованих балкових конструкцій проводять їх додаткове кріплення за допомогою відрізків двотавру й болтового з'єднання. Потім роботи повторюють. По закінченні всього попереднього складання металевих конструкцій проводять установку поздовжньої й поперечної арматур з їх закріпленням електрозварюванням. По завершенні монтажу арматурної конструкції роблять зведення секційної опалубки й подачу бетону з робочої площадки за допомогою бетононасосів, які установлені на земній поверхні. Після затвердіння бетону на висоту вінця опалубки її звільняють і встановлюють для наступного етапу шарового бетонування. Ці роботи повторюють до повного заповнення котловану на рівні земної поверхні. При ліквідації стовбура в утворену при будівництві нішу-проріз заводять двотаврові балкиопори, монтують помост перекриття, закріплюють газовідвідну трубу й подають бетон, який укладають по периметру стовбура від помосту перекриття до земної поверхні. Масивне монолітне армобетонне кріплення забезпечує тривалу стійкість всієї приустєвої частини стовбура за рахунок запобігання руйнуванню порід наносів і самого спорудження. Слід зазначити основні відмінності від усіх раніше пропонованих пристроїв кріплень устя стовбурів і їхніх ізолюючих пристроїв, що полягають у створенні на етапі спорудження стовбура 2 UA 101061 C2 5 10 15 20 спеціальної ніші-прорізу для поліпшення закладення перекриття в стовбурі за рахунок опорних балок без порушення суцільних та міцних характеристик спорудження армобетонного кріплення устя стовбура, що гарантує надійну ізоляцію ліквідованого вертикального стовбура від земної поверхні без його засипання закладним матеріалом. Стійкість породного масиву приустєвої частини стовбура досягається за рахунок попереднього додання кута природного укосу борта котловану γб, що по величині дорівнює коефіцієнту тертя порід наносів kн, tg γб≥kн, а також використання ефекту розклинення конусоподібної металевої конструкції ізолюючого пристрою. Така технологія дозволяє ще на етапах будівництва й експлуатації стовбура забезпечити стійкість його устя за рахунок запобігання руйнуванню кріплення приустєвої частини не тільки під час експлуатації, але й після ліквідації, а також можливість монтажу помосту перекриття без розсікання кріплення в місці його закладення, тобто без зниження міцних характеристик і несучої здатності кріплення. Практичне використання розробленого кріплення устя й способу спорудження і ліквідації дозволяє значно знизити витрати на ремонт і підтримку в безаварійному стані кріплення стовбура і його копра не тільки під час його експлуатації за рахунок запобігання руйнуванню приустєвої частини, але й після його ліквідації, крім витрат на повне засипання, зведення упорних перемичок на сполученнях стовбура з виробками й усунення аварійних ситуацій, пов'язаних з усадкою закладного матеріалу, руйнуванням помостів перекриттів і утворенням провалів на земній поверхні. Це кріплення й спосіб забезпечують мокру консервацію вертикальних стовбурів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Кріплення устя вертикального стовбура, що містить монолітне конусоподібне за формою перекриття з кільцевою нішею-прорізом, розміщеною в шарі корінних порід по периметру стовбура, яке відрізняється тим, що додатково уведені похилі, горизонтальні й радіальні поперечні, вертикальні двотаврові балки й арматура, установлені в заздалегідь підготовленому двоступінчастому котловані, заповненому бетоном. 2. Спосіб спорудження й ліквідації кріплення устя вертикального стовбура, що включає металеву армовану конструкцію, яка зводиться з наступним її бетонуванням до рівня земної поверхні, який відрізняється тим, що при спорудженні вертикального стовбура спочатку навколо стовбура роблять виїмку порід наносів з утворенням двоступінчастого котловану, надаючи його бортам кут природного укосу, потім у котловані споруджують арматурний із двотаврових балок каркас, після чого заповнюють його бетоном, а при ліквідації вертикального стовбура в забетоновану нішу-проріз, розташовану в корінних породах, установлюють із нахилом двотаврові балки, до яких закріплюють газовідвідну трубу й укладають бетон по всьому периметру. 3 UA 101061 C2 4 UA 101061 C2 5 UA 101061 C2 6 UA 101061 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7