ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МОНТАЖУ ЖЕСТКОЙ АРМИРОВКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ ШАХТ И РУДНИКОВ
 (к СНиП II-94-80)

Под редакцией профессора, доктора технических наук И.В.Баклашова

Выпущено по заказу Московского горного института

Изложены рекомендации по выбору схемы, конструированию, расчету, монтажу, контролю качества и эксплуатации жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников как специальной конструкции, не имеющей прямых конструктивных и расчетных аналогов. Приведены дополнительные таблицы, справочные материалы и пример расчета, облегчающие проектирование жесткой армировки.

Для работников проектных и научно-исследовательских институтов, а также студентов горных вузов и факультетов.

     ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние тридцать лет произошел значительный технический прогресс в области проектирования жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников. Разработаны и внедрены новые конструктивные решения. Особые успехи достигнуты в области расчета армировки. Отечественными учеными впервые разработана теория динамических процессов в системе "жесткая армировка - движущийся подъемный сосуд".

Отраслевая разобщенность конструкторских разработок, оторванность их от теории расчета армировки и, самое главное, отсутствие общесоюзного нормативного документа по проектированию, содержащего рекомендации по расчету, конструированию и монтажу жесткой армировки, сдерживают дальнейший технический прогресс проектных решений. Указанные недостатки могут быть ликвидированы при наличии межотраслевого нормативного документа. В отдельных отраслях горнодобывающей промышленности такие нормативные документы существуют. Особое место по значимости занимает "Методика расчета жестких армировок вертикальных стволов шахт" (1983 г.), разработанная во Всесоюзном научно-исследовательском институте горной механики им. М.М.Федорова Министерства угольной промышленности СССР.

С введением в действие в 1982 г. общесоюзных норм проектирования подземных горных выработок СНиП II-94-80 появилась возможность разработки межотраслевого нормативного документа по проектированию жесткой армировки. В соответствии с Планом пересмотра действующих и разработки новых нормативных документов и государственных стандартов по проектированию и строительству на 1985 г., утвержденным Постановлением Госстроя СССР от 10 декабря 1984 г., было поручено представителям вузов, научно-исследовательских и проектных институтов четырех отраслей горнодобывающей промышленности (ведущая организация - Московский горный институт) разработать пособие по проектированию и монтажу жесткой армировки вертикальных стволов шахт и рудников (к СНиП II-94-80).

В подготовке отдельных разделов принимали участие: И.В.Баклашов, В.Н.Борисов, Ю.Г.Крупник - Московский горный институт, Государственный комитет СССР по народному образованию (разделы 1, 2, 3); Н.Г.Гаркуша, А.А.Храмов, Н.И.Шилинговский - Донецкий политехнический институт, Министерство высшего и среднего специального образования УССР (2, 3); В.И.Дворников, В.К.Куриленко, А.И.Соломенцев, А.П.Ветров, В.М.Кладов, П.И.Мавроди, В.И.Пасюта, Я.В.Чирков - ВНИИГМ им.Федорова, Минуглепром СССР (2, 3, 4); И.Г.Косков, Ф.И.Ягодкин, А.Н.Лапко, Г.О.Вестфаль - ВНИИОМШС, Минуглепром СССР (2, 4); Г.С.Пиньковский, С.А.Федор - Днепрогипрошахт, Минуглепром СССР (1, 2, 4); Ю.Б.Пильч - Центрогипрошахт, Минуглепром СССР (1, 2); И.Г.Горенцвейг - Южгипрошахт, Минуглепром СССР (1, 2); В.Т.Сапронов, В.П.Рыжов - Донгипрооргшахтстрой, Минуглепром СССР (4); П.А.Примак, Ю.П.Топчий - Кривбасспроект, Минчермет СССР (1, 2); А.Е.Гавруцкий, Г.М.Мушинский - НИГРИ, Минчермет СССР (4); А.Д.Неклюдов, М.Ю.Миронов - Гипроцветмет, Минцветмет СССР (1, 2); Ю.П.Ольховиков; А.Д.Ярушин - УРФВНИИГ, Минудобрений СССР (1, 2).

Большую помощь в подготовке работы оказали С.А.Федор, Ф.И.Ягодкин, А.Д.Неклюдов.

     1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Пособие предназначено для руководства при проектировании, изготовлении, монтаже, реконструкции и эксплуатации жестких армировок вертикальных стволов шахт и рудников:

независимо от материала, конструкции и взаимного расположения элементов армировки;

для скипов, клетей, скипо-клетей и их противовесов с жесткими и упругими направляющими;

в угольной, горно-рудной, горно-химической и других горнодобывающих отраслях промышленности.

1.2. Пособие включает следующие рекомендации по конструированию, расчету, монтажу и эксплуатации жесткой армировки вертикальных шахтных стволов специальной конструкции, не имеющей прямых конструктивных и расчетных аналогов среди других строительных конструкций:

выбор материалов, профилей и конструкций элементов, схемы армировки, направляющих устройств подъемных сосудов;

определение нагрузок;

расчет сечений элементов (проводников и расстрелов) и шага армировки;

производство работ при армировании стволов;

контроль качества работ и эксплуатационного состояния армировки.

1.3. Армировка служит для обеспечения направленного движения подъемных сосудов при заданных режимах работы подъемной установки в течение всего срока эксплуатации ствола.

Конструктивно жесткая армировка представляет собой пространственную стержневую систему, состоящую из горизонтальных балок (расстрелов) и закрепленных на них вертикально расположенных проводников.

Расстрелы, лежащие в одной горизонтальной плоскости и сопряженные между собой и с крепью ствола, образуют ярус. Плоскости ярусов отстоят друг от друга по вертикали на определенном расстоянии (шаг армировки). Проводники, по которым вертикально перемещаются подъемные сосуды, - это непрерывные плети, состоящие из отдельных звеньев, соединенных между собой.

Проводники, расположенные на одном расстреле и скрепленные на ярусе конструктивно общим узлом, называются парными.

1.4. Конструкция армировки, а также схемы ярусов должны выбираться исходя из обеспечения надежной и безопасной работы подъемных установок на весь срок службы, минимального расхода металла и наименьшего аэродинамического сопротивления ствола. Элементы армировки и узлы соединения должны быть максимально унифицированы, ремонтопригодны, а также необходимо предусмотреть возможность централизованного поточного их изготовления и крупноблочного монтажа с минимальными трудозатратами.

1.5. При проектировании армировки следует предусматривать специальные мероприятия по защите металлоконструкций от коррозии, в конкретных условиях пользуясь рекомендациями отраслевых научно-исследовательских институтов.

1.6. Необходимость проектирования жесткой армировки должна быть обоснована горно-техническими условиями и результатами технико-экономического сравнения вариантов армировки с жесткими и канатными проводниками путем сопоставления капитальных затрат и эксплуатационных расходов. При этом следует учитывать в эксплуатационных расходах стоимость электроэнергии на передвижение воздуха по стволу, в капитальных - стоимость проходки стволов с учетом их необходимых диаметров при армировке с жесткими и канатными проводниками.

1.7. Перспективные технические решения по жесткой армировке, приведенные далее, и другие следует принимать после их опытно-промышленной проверки.

1.8. Все возможные изменения ГОСТов, СНиП, правил безопасности и других нормативных документов должны учитываться при пользовании настоящим пособием.

1.9. Основные буквенные обозначения величин, принятых в пособии, приведены в прил.9.

     2. РЕКОМЕНДАЦИИ И ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ АРМИРОВКИ

     МАТЕРИАЛЫ И ПРОФИЛИ ЭЛЕМЕНТОВ АРМИРОВКИ

  2.1. При выборе материалов для изготовления конструкции армировки следует учитывать:

обеспечение необходимой жесткости, прочности и долговечности ее элементов при наименьших капитальных затратах;

гарантированные технологические условия изготовления - свариваемость при минимальном разупрочнении и снижении механических свойств;

обеспечение коррозионной стойкости в агрессивных средах.

2.2. Для изготовления элементов армировки могут быть использованы следующие материалы: сталь (для проводников и расстрелов), дерево (в основном для проводников), железобетон и трубобетон (для расстрелов обтекаемого профиля). Сталь должна применяться в виде тонкостенных профилей (балки двутавровые, швеллеры, сталь угловая, профили замкнутые - коробчатые и эллиптические), изготовляемых прокатом, профилированием или сваркой.

2.3. Стали, применяемые для конструкции армировки, должны иметь гарантированные пределы прочности и текучести, относительное удлинение и ударную вязкость, удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов и технических условий.

Условия поставки стали для сварных конструкций необходимо указывать на рабочих чертежах и в документации по заказу.

Марка стали в каждом конкретном случае выбирается на основании данных технико-экономических расчетов.

Расстрелы, проводники и другие несущие элементы армировки следует изготавливать:

при отсутствии агрессивной среды - из углеродистой полуспокойной или спокойной стали обыкновенного качества марок ВСт 3Гпс5, ВСт 3сп5 по ГОСТ 380-71*;

________________

На территории Российской Федерации действует ГОСТ 380-2005, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.     

при ее наличии - из низколегированной стали марок 09Г2С1, 10Г2С1, 10ХСНД или 15ХСНД по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73* и других, обладающих повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

________________

На территории Российской Федерации документы не действуют. Действует ГОСТ 19281-89, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Неответственные элементы армировки ствола (ограждения, настилы, лестницы, площадки и другие ненесущие элементы) - из стали марок ВСт3кп2 и ВСт3пс2 по ГОСТ 380-71*.

2.4. Деревянные элементы армировки должны изготавливаться из твердых пород древесины сплошными либо клееными. При этом необходимо предусматривать защиту их от увлажнения, биоповреждений, коррозии в соответствии с главами СНиП по проектированию защиты строительных конструкций от коррозии и возгорания и противопожарным нормам проектирования зданий и сооружений.

2.5. Профили и размеры сечений элементов армировки назначаются только по результатам расчета.

Наиболее перспективны для расстрелов и проводников - прямоугольные замкнутые профили, изготовляемые профилированием и сваркой; для наиболее частого применения следует рекомендовать сварные профили из угловой равнополочной стали сечением 160х160х11 и 200х200х14. При малых скоростях подъема и концевых нагрузках предпочтительно применять для расстрелов двутавровые балки 24 М по ГОСТ 19425-74*, 30 М и 36 М по ТУ 14-2-427-80, а проводников - железнодорожные рельсы Р43, Р50 и Р65.

Толщину стенок профилей стального проката для расстрелов необходимо принимать не менее 8 мм.

Характеристики сечений рекомендуемых профилей приведены в табл.3 и 4 прил.1.

Перспективные профили проводников - горячекатаные бесшовные калиброванные трубы, а также открытые гнутые и замкнутые гнуто-сварные профили, изготавливаемые профилированием из листовой стали. Допускается применять для армировки сварные проводники специального профиля.

Для расстрелов, работающих преимущественно на растяжение-сжатие с небольшими эксцентриситетами, можно использовать трубобетонные элементы, представляющие собой стальную трубу с толщиной стенок 4-6 мм, заполненную бетоном.

2.6. Прямоугольные замкнутые профили расстрелов имеют наилучшие аэродинамические показатели при отношении высоты к ширине, равном 2,2-3,0. Снижение аэродинамического сопротивления достигается применением специальных обтекаемых профилей или установкой различных обтекателей.

     СХЕМЫ АРМИРОВКИ И КОММУНИКАЦИИ

2.7. Поперечное сечение вертикальных стволов может быть круглой или прямоугольной формы, что обусловлено гидрогеологическими, горно-техническими и другими условиями.

Основная форма поперечного сечения ствола, как правило, круглая. Она рекомендуется при большой производительности шахты, значительных глубине подъема и сроке службы.

Стволы прямоугольного сечения следует проектировать в устойчивых породах, а также при малых производительности, глубине и сроке службы шахты.

Выбор поперечного сечения необходимо обосновать.

Размеры поперечного сечения стволов определяются исходя из размещения в нем оборудования лестничного отделения, шахтных коммуникаций с обеспечением необходимых зазоров. Полученный диаметр ствола проверяется по условию вентиляции. Минимальный диаметр ствола определяется в зависимости от организации его строительства.

2.8. По функциональному назначению шахтные стволы в основном разделяются на главные, вспомогательные и вентиляционные. Главные стволы могут быть скиповыми, скипо-клетевыми; вспомогательные - клетевыми, скипо-клетевыми; вентиляционные оборудуются клетевыми или бадьевыми подъемами.

2.9. Проектные зазоры в стволе между подъемными сосудами, расстрелами армировки и крепью следует принимать по допустимым зазорам, регламентированным "Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах"* и "Едиными правилами безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом" с учетом возможного искривления оси ствола, допустимого радиального отклонения крепи ствола, общего отклонения осей армировки и ствола от проектного положения и допустимого отклонения яруса армировки. При этом минимальный проектный зазор между габаритами подъемных сосудов и крепью стволов, сооружаемых в неподработанном массиве, рекомендуется принимать 250 мм при глубине ствола до 800 м и 300 мм при большей глубине. Для стволов, пройденных в подрабатываемом массиве, эти величины должны быть увеличены на величину ожидаемых искривлений ствола, определяемых согласно "Методическим указаниям по расчету ожидаемых искривлений вертикальных шахтных стволов", разработанным ВНИМИ.

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют "Правила безопасности в угольных шахтах" (ПБ 05-618-03), здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

2.10. При размещении оборудования в стволе необходимо учитывать следующее:

стволы (как правило, клетевые) оборудуются лестничными отделениями и в них прокладываются коммуникации (трубопроводы, кабели);

минимальное расстояние между соседними трубами в стволе должно быть не менее диаметра фланца;

на противовесе предусматривается площадка для размещения двух человек, осматривающих ствол, из расчета 0,3 м на каждого, с ее минимальным размером 0,7 м;

минимальный зазор между элементами амортизирующих устройств при переподъеме сосудов многоканатного подъема и опорными балками или крепью принимается 60 мм, такой же зазор допускается между этими элементами и соседним сосудом;

расстояние от уравновешивающего каната до расстрелов и крепи назначается с учетом длины отвеса каната, его жесткостных характеристик и размеров петли, но не менее 600 мм;

обеспечиваются нормальные условия для размещения подъемных машин, направляющих копровых шкивов, загрузочных и разгрузочных устройств, агрегатов обмена вагонеток, стационарных перекрытий сечения ствола (для опирания подъемных сосудов при испытании парашютов, навеске и смене канатов, перепанцировке канатов и др.) и другого сопрягаемого оборудования на конструкциях надшахтных зданий, в подземных выработках и в стволе;

кабели и трубопроводы размещаются в зонах ствола, доступных для обслуживания и ремонта, а также наиболее защищенных от механических повреждений падающими предметами при разгрузке, загрузке и движении подъемных сосудов. Силовые кабели располагаются на расстоянии не менее 500 мм от сосудов и 200 мм от трубопроводов.

2.11. Конструктивная схема армировки определяется расположением проводников и расстрелов в пределах яруса и размещением ярусов по глубине ствола (шагом армировки). Конструктивную схему следует выбирать с учетом параметров подъема (грузоподъемности, скорости движения, высоты подъема), числа подъемных сосудов и их размеров в плане, взаимного расположения проводников и подъемных сосудов, горно-технических условий заложения ствола, числа отрабатываемых горизонтов и других факторов.