Провал вала

Шахтная добыча или проходка шахты — это проходка шахтного ствола сверху вниз, где изначально нет доступа ко дну. ^[1] Неглубокие шахты , обычно погружаемые для проектов гражданского строительства , сильно отличаются по методу строительства от глубоких шахт, обычно погружаемых для горнодобывающих проектов.

Проходка ствола является одним из самых сложных методов разработки горных работ: ограниченное пространство, гравитация, грунтовые воды и специальные процедуры делают задачу весьма сложной. ^[2] Валы можно погружать обычными буровзрывными или механизированными способами.

Исторически проходка шахтных стволов была одной из самых опасных из всех горнодобывающих профессий и была прерогативой горнодобывающих подрядчиков, называемых проходчиками . ^[3] Сегодня подрядчики по проходке шахт сосредоточены в Канаде , Германии , Китае и Южной Африке .

Современная шахтопроходческая промышленность постепенно переходит в сторону большей механизации. Последние инновации в виде полнопроходной расточки валов. ^[4] (похожий на вертикальный туннелепроходческий станок ) оказались многообещающими, но по состоянию на 2019 год использование этого метода не получило широкого распространения. ^[5]

Шахтные стволы

Шахтные стволы представляют собой вертикальные или почти вертикальные туннели , которые «пропускаются» для доступа к подземному рудному телу во время разработки подземного рудника.

Форма (на виде сверху ), размеры и глубина шахтных стволов сильно различаются в зависимости от конкретных потребностей шахты, частью которой они являются, и геологии, через которую они проходят. Например, в Северной и Южной Америке шахты меньшего размера имеют прямоугольную форму в плане и оснащены деревянными опорами. Большие шахты имеют круглую форму и облицованы бетоном . ^[6]

Шахтные стволы могут использоваться для различных целей, в том числе в качестве средства эвакуации в случае аварийной ситуации под землей и обеспечения перемещения:

Люди
Материалы
Горнодобывающие услуги (такие как сжатый воздух, вода, засыпка, электроэнергия, связь и топливо)
Вентиляционный воздух
Щебень горной породы (в виде платной руды или неоплачиваемых отходов)
Или любая комбинация вышеперечисленного

Когда вершиной раскопок является поверхность земли, ее называют шахтой ; когда верхняя часть выемки находится под землей, ее называют подвалом или подвалом . Небольшие шахты можно вырыть вверх изнутри существующей шахты, если есть доступ снизу, и в этом случае они называются подъемами .

Ствол может быть вертикальным или наклонным (от 80 до 90 градусов к горизонтали), хотя большинство современных шахтных стволов вертикальные. Если имеется доступ к нижней части предполагаемой шахты и позволяют условия грунта, то подъемное бурение для выкапывания шахты снизу вверх можно использовать ; такие валы называются стволами скважин .

После катастрофы на шахте Хартли , когда единственная шахта шахты была заблокирована, ^[7] Соединенное Королевство объявило одноствольные шахты незаконными в 1862 году, установив практику, согласно которой все подземные шахты должны иметь « второй путь выхода ». Многие другие мировые горнодобывающие юрисдикции приняли это правило, и поэтому шахты часто встречаются парами (хотя существует множество альтернативных методов обеспечения второго способа выхода).

В настоящее время самым глубоким непрерывным одноподъемным стволом шахты в мире является главный ствол шахты South Deep Mine в Южной Африке, принадлежащей Gold Fields Limited , глубина которого составляет 2991 метр. ^[8] На затопление и оборудование, учитывая двойные вентиляционные шахты, ушло десять лет.

Части шахтного ствола

Наиболее заметной особенностью традиционно построенного шахтного ствола является оголовок (или намоточная башня, тарельчатая головка или оголовок шахты), который стоит над стволом. В зависимости от типа используемого подъемника (или подъемника) в верхней части опорной рамы будет располагаться либо двигатель подъема, либо шкивное колесо (при этом двигатель подъема будет установлен на земле). Головная рама также обычно содержит бункеры для хранения руды, транспортируемой на перерабатывающий комплекс.

На уровне земли под и вокруг опорной конструкции находится воротник шахты (также называемый опорой или настилом), который обеспечивает фундамент, необходимый для выдерживания веса опорной конструкции, а также обеспечивает работникам, материалам и услугам средства для входа и выхода из шахты. Ошейники обычно представляют собой массивные железобетонные конструкции, имеющие более одного уровня. Если шахта используется для вентиляции шахты , в воротник встроено пространство или кожух для обеспечения надлежащего потока воздуха в шахту и из нее.

Часть вала, уходящая в землю под воротником, называется стволом вала . ^{[ нужна ссылка ]}

В местах, где ствол ствола встречается с горизонтальными выработками, имеется станция ствола (или вставка), которая позволяет людям, материалам и услугам входить в ствол и выходить из него. От станции в сторону рудного тела простираются тоннели (штреки, галереи или уровни) , иногда на многие километры. Самая нижняя станция шахты чаще всего является точкой, где порода покидает уровни шахты и переносится в шахту, в этом случае на одной стороне шахты в этом месте выкапывается погрузочный карман , чтобы можно было построить перегрузочные сооружения.

Под самой нижней станцией шахты шахта продолжается на некоторое расстояние, эта область называется дном шахты . Туннель, называемый пандусом, обычно соединяет нижнюю часть шахты с остальной частью шахты. Этот пандус часто содержит оборудование для обработки воды, называемое отстойником , поскольку вода естественным образом течет к самой нижней точке шахты.

Футеровка вала

Многие (хотя и не все) шахты облицованы после раскопок и установки временных грунтовых опор . Футеровка шахты выполняет несколько функций; это, прежде всего, средство безопасности, предотвращающее падение рыхлой или нестабильной породы в шахту, затем место для крепления комплектов шахт и, наконец, гладкая поверхность для минимизации сопротивления воздушному потоку для вентиляции.

Окончательный выбор крепи ствола зависит от геологии породы, через которую проходит ствол, некоторые стволы имеют несколько секций крепи по мере необходимости. ^[9] Там, где стволы утоплены в очень плотной породе, может вообще не потребоваться облицовка или просто установка сварной сетки и анкерных болтов . Материалом для обделки шахты является монолитный бетон, который заливается за опалубками шахты на высоте 6 м по мере продвижения (углубления) шахты.

Торкрет-бетон , фибробетон, кирпич , чугунные трубы и сегменты сборного железобетона — все они использовались в то или иное время. использования таких материалов, как битум Кроме того, определенные обстоятельства потребовали и даже мячи для сквоша. В крайних случаях, особенно при проходке через галит , могут потребоваться композитные вкладыши, состоящие из двух или более материалов. ^[10]

Обсадная колонна при погружении не доходит до дна шахты, а отстает на определенное расстояние. Это расстояние определяется методикой земляных работ и расчетной толщиной постоянной облицовки. Для обеспечения безопасности лиц, работающих на дне ствола, устанавливаются временные грунтовые опоры, обычно состоящие из сварной сетки и анкерных болтов . Установка временной наземной опоры (называемой болтовым соединением ) является одной из наиболее физически сложных частей цикла проходки ствола, поскольку болты необходимо устанавливать с помощью пневматических перфораторов.

По этой причине, а также для того, чтобы свести к минимуму количество людей на дне шахты, ряд проектов успешно перешли на торкретирование этой временной обделки. Исследования и разработки в этой области сосредоточены на роботизированном нанесении торкрет-бетона и коммерциализации тонких напыляемых полимерных футеровок.

Шахтные отсеки

Типичная шахтная клетка, расположенная в Харцбергбау, Германия.

Если шахта будет использоваться для подъема, ее часто разделяют на несколько отсеков с помощью комплектов шахт , которые могут быть изготовлены из дерева или стали . Вертикальные элементы в наборе валов называются направляющими , горизонтальные элементы — расстрелами . Для стальных направляющих вала основными двумя вариантами являются полые конструкционные профили и цилиндры. Цилиндрические профили имеют ряд преимуществ по сравнению с полыми конструкционными профилями, включая более простую установку, улучшенную коррозионную стойкость и повышенную жесткость. Шахтные транспортные средства движутся по направляющим аналогично тому, как стальные американские горки движутся по рельсам: обе машины имеют колеса, которые надежно удерживают их на месте.

В некоторых шахтах не используются направляющие балки, а вместо этого используется стальной трос (называемый направляющим канатом ), который удерживается в натяжении с помощью массивных грузов в нижней части шахты, называемых сырными грузами (из-за их сходства с тележкой или колесом сыра), поскольку их легче обслуживать и заменять.

Самый большой отсек обычно используется для шахтной клетки — транспортного средства, используемого для перемещения рабочих и припасов под поверхностью земли, которое подвешивается к подъемнику на стальном тросе. Он функционирует аналогично лифту . Клетки могут быть одно-, двух- или редко трехъярусными, всегда имеющими несколько резервных систем безопасности на случай неожиданного отказа.

Второй отсек используется для одного или нескольких скипов , используемых для подъема руды на поверхность. На небольших горнодобывающих предприятиях используется скип, установленный под клетью, а не отдельное устройство, в то время как на некоторых крупных шахтах есть отдельные шахты для клети и скипов. Третий отсек используется для запасного выхода; в нем может находиться вспомогательная клетка или система лестниц. В дополнительном отсеке размещаются шахтные коммуникации, такие как высоковольтные кабели и трубы для подачи воды, сжатого воздуха или дизельного топлива .

Вторая причина разделения шахты – вентиляция . Один или несколько отсеков, рассмотренных выше, могут использоваться для забора воздуха, тогда как другие могут использоваться для вытяжки. В этом случае стальная или бетонная стена, называемая перемычкой, между двумя отсеками устанавливается для разделения воздушного потока. На многих шахтах имеется один или несколько комплектных дополнительных отдельных вспомогательных стволов с отдельными головными устройствами и клетками.

Конструкция вала

Самая низкая точка опускающейся шахты известна как «дно шахты». Проекты стволов отличаются от некоторых других форм разработки шахт тем, что все работы, происходящие на забое ствола, становятся частью критического пути графика проекта. Инфраструктура, необходимая для проходки шахты, называется «проходческой установкой».

Обычно прогресс («скорость погружения») на этапе проходки (т.е. земляные работы, укрепление грунта и облицовка) проекта шахты следует кривой обучения , поскольку команда проекта снова и снова повторяет одну и ту же серию действий, в ходе которой называется «циклом погружения», в конечном итоге приближаясь к теоретической максимальной скорости для этого погружения, установленной с течением времени. Использование опытных грузчиков необходимо для того, чтобы максимально сократить время обучения и, следовательно, продолжительность проекта.

Ключом к успешному проекту проходки шахты являются:

Правильная и своевременная установка различных компонентов системы погружения.
Наличие опытных людей, вовлеченных в проект как можно раньше.
Максимально эффективно использовать имеющееся время на дне шахты.

Несмотря на то, что значительное внимание уделяется скорости прохождения проекта проходкой шахтных проходчиков, проходка является лишь одним из ряда этапов традиционного строительства новой шахты, как показано ниже;

Раскопки в форме коробки . Коробчатый вырез — это большая квадратная или прямоугольная выемка, обычно выполняемая с использованием землеройного оборудования до коренной породы, внутри которой будет сооружена муфта шахты. Перенос нагрузок, создаваемых муфтой, опорной рамой и подъемной установкой на твердую породу, необходим для предотвращения незапланированного проседания. Если глубина коренной породы слишком велика, чтобы вырезать коробчатую породу, чтобы быть экономически целесообразным, или коренная порода недостаточно прочна, методы гражданского строительства, такие как вертикальные стены или бетонные сваи . вместо этого для создания глубокого фундамента можно использовать
Предварительная мойка . Предварительная проходка — это выемка и поддержка первых 60–100 метров ствола шахты, часто дополняемая меньшим оборудованием, таким как ручное пневматическое буровое оборудование для бурения скважин для наметывания и укрепления грунта, а также мини-экскаваторы для выемки грунта. Во время предварительного погружения подъем грунта и оборудования обычно осуществляется автокраном на поверхность. Эту часть шахты необходимо сначала погрузить, чтобы можно было установить многоуровневую рабочую платформу Galloway на достаточном расстоянии по вертикали от дна шахты, чтобы она не была повреждена обломками породы во время взрывных работ .
Конструкция воротника . От нижней части коробчатого выреза воротник вала строится снизу вверх в запланированной серии заливок бетона.
Строительство и монтаж Галлоуэя (тонущая стадия). Галлоуэй (также известный как Тонущая сцена или Леса) представляет собой многоуровневую рабочую платформу, подвешиваемую в шахте с помощью лебедок, расположенных на поверхности. Galloway позволяет грузилам эффективно работать на разных уровнях в зависимости от различных задач цикла погружения. Обычно Galloway строится сбоку от шахты и опускается в предварительный сток с помощью крана в максимально готовом состоянии. После установки Galloway «подвешивается» (подвешивается к воротнику вала), в то время как головная рама строится сверху, часто защищаясь переборкой.
Строительство каркасного и подъемного дома. После изготовления воротника и установки Galloway можно построить головную раму и домики подъемника (или подъемника), а также установить тросы подъемника и лебедки. Головные рамы могут быть стальными или бетонными, и их конструкция будет определять их конструкцию. Galloway перемещается в шахте с помощью лебедок, которые движутся медленно и рассчитаны на значительные нагрузки, в то время как тонущие ковши (или корма) перемещаются в шахте с помощью тонущего подъемника, который движется быстро и рассчитан на меньшую нагрузку, чем лебедки. Чтобы защитить подъемник(и) и лебедки, а также чувствительную электронику, которая используется для управления их работой, они обычно устанавливаются внутри здания, называемого подъемником (или подъемником).
Ввод в эксплуатацию проходческой установки. Затем необходимо ввести в эксплуатацию установку Sinking, чтобы убедиться, что все ее части работают по плану.
Полная раковина . На этом этапе строительства происходят все операции цикла проходки (земляные работы, установка временных грунтовых опор, установка обделки ствола и расширение услуг ствола). В шахте, где должно быть несколько рабочих уровней, шахтные станции и заглушки станций (короткие отрезки горизонтального туннеля, ведущие от станции) будут разрабатываться проходчиками на пути вниз. Поскольку оборудование для разработки этих станций должно быть достаточно маленьким, чтобы пройти через отверстия в Галлоуэе, скорость разработки тупиков станций обычно низкая по сравнению с тем, что может быть достигнуто с помощью полноразмерного горнодобывающего оборудования, поэтому тупики станций обычно делаются максимально короткими.
Оснащение вала и замена головки. Как только вал достигает окончательной расчетной глубины, с него удаляются все временные приспособления, Galloway разрезается или модифицируется для установки постоянной установки вала, устанавливаются комплекты валов (при необходимости) и модифицируются головная рама / намоточные устройства. чтобы обеспечить постоянный подъем. На этом этапе будут установлены все постоянные транспортные средства.
Ввод в эксплуатацию постоянного объекта. Затем постоянную установку необходимо ввести в эксплуатацию, чтобы убедиться, что все части работают так, как запланировано, прежде чем она будет передана новому владельцу.

Как и в случае с глубиной и конструкцией шахт, в этой последовательности могут существовать значительные изменения в зависимости от местных условий. Например, шахты Канадского щита обычно не требуют глубокой и сложной муфты, поскольку коренная порода прочная и расположена близко к поверхности. Это сокращает время, необходимое для установки воротника вала.

Традиционно подрядчики по проходке строили временную опору для проходческой установки, которую затем демонтировали, чтобы освободить место для постоянной опоры. С ростом сложности и продолжительности проектов по проходке стволов становится все более распространенным включать в этап проходки большую часть постоянной установки ствола. Это приводит к сокращению общей продолжительности проекта, например, если не нужно демонтировать эксплуатационный трубопровод, используемый для проходки шахты, чтобы освободить место для постоянного трубопровода.

Благодаря достижениям в технологии бурения подъемов, подъемные буры использовались для создания пилотного отверстия для проходки ствола, причем доступ существует в нижней части нового ствола, в этом случае фаза проходки посвящена увеличению этого пилотного ствола до полного диаметра. (процесс, обычно называемый «слэшингом»). Этот метод может быть значительно быстрее, чем проходка всего забоя, поскольку шлам (пустая порода) в результате проходки падает в пилотную скважину и обрабатывается с использованием существующей инфраструктуры шахты за пределами критического пути.

См. также

Ссылки

^ Пухакка, Туула, изд. (1997). Справочник по подземному бурению и погрузке . Тампере, Финляндия : Tamrock Corp. 173.
^ Хартман, Ховард Л. (2002). Вводное горное дело 2-е изд . John Wiley and Sons Inc., стр. 282, 284. ISBN. 0-471-34851-1 .
^ «Словарь горных терминов, использовавшихся в середине 1800-х годов» . ГЕНУКИ . Проверено 10 апреля 2017 г. .
^ Реннкамп, П. (2019). «Практический пример — проходка глухой шахты для проекта BHP Jansen» . ШДК 2019 - Записки : 42.
^ Глисон, Д. (сентябрь 2018 г.). «Это чувство падения». Международная горная промышленность . п. 28.
^ Де ла Вернь, Джек (август 2003 г.). Справочник горняка Hard Rock , издание 3 . Темпе / Норт-Бэй : McIntosh Engineering. п. 92. ИСБН 0-9687006-1-6 .
^ BBC (февраль 2004 г.), «Работа: Катастрофа на шахте Хартли» , Legacies – Tyne , BBC , получено 3 октября 2013 г.
^ Дуглас, А. (2005). «Заключительная презентация подрядчика по проходке работ по завершению строительства южных глубоких стволов» . Материалы Третьей южноафриканской конференции по недрагоценным металлам : 455 – через Academia.edu.
^ дю Жюдель, Г; Кейтер и Харт (апрель 2012 г.). «Проектирование крепи калийного ствола в каменных солях на больших глубинах». Проектирование и строительство валов . 1 (1): 51–54.
^ Сандерс, Д. (апрель 2012 г.). «Новые технологии гидроизоляции для строительства вертикальных шахт». Проектирование и строительство валов . 1 (1): 90–92.

Внешние ссылки

[1] Пухакка, Туула, изд. (1997). Справочник по подземному бурению и погрузке . Тампере, Финляндия : Tamrock Corp. 173.

[2] Хартман, Ховард Л. (2002). Вводное горное дело 2-е изд . John Wiley and Sons Inc., стр. 282, 284. ISBN. 0-471-34851-1 .

[GENUKI-3] «Словарь горных терминов, использовавшихся в середине 1800-х годов» . ГЕНУКИ . Проверено 10 апреля 2017 г. .

[4] Реннкамп, П. (2019). «Практический пример — проходка глухой шахты для проекта BHP Jansen» . ШДК 2019 - Записки : 42.

[5] Глисон, Д. (сентябрь 2018 г.). «Это чувство падения». Международная горная промышленность . п. 28.

[6] Де ла Вернь, Джек (август 2003 г.). Справочник горняка Hard Rock , издание 3 . Темпе / Норт-Бэй : McIntosh Engineering. п. 92. ИСБН 0-9687006-1-6 .

[7] BBC (февраль 2004 г.), «Работа: Катастрофа на шахте Хартли» , Legacies – Tyne , BBC , получено 3 октября 2013 г.

[8] Дуглас, А. (2005). «Заключительная презентация подрядчика по проходке работ по завершению строительства южных глубоких стволов» . Материалы Третьей южноафриканской конференции по недрагоценным металлам : 455 – через Academia.edu.

[9] дю Жюдель, Г; Кейтер и Харт (апрель 2012 г.). «Проектирование крепи калийного ствола в каменных солях на больших глубинах». Проектирование и строительство валов . 1 (1): 51–54.

[10] Сандерс, Д. (апрель 2012 г.). «Новые технологии гидроизоляции для строительства вертикальных шахт». Проектирование и строительство валов . 1 (1): 90–92.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]