Существенным здесь является то, что первичная и вторичная оболочки являются равноправными элементами окончательной обделки
Схема проходки тоннеля зависит от прочности и устойчивости грунтов. Проходка может производиться сплошным забоем или малыми уступами высотой 1,5–3,0 м длиной до 10–20 м. Грунт в забоях разрабатывают взрывным, механизированным способами или ручными пневматическими инструментами.
Непосредственно после разработки грунта на заходке (при взрывном способе – после проветривания забоя и оборки грунта в кровле) устраивают податливую первичную обделку, состоящую из арок или слоя набрызгбетона толщиной 3–7 см, что способствует сохранению прочностных характеристик грунтов вблизи контура выработки. Затем постепенно в соответствий с результатами наблюдений за поведением контура ее усиливают анкерами, вторичным слоем набрызгбетона. Общая толщина первичной оболочки из набрызгбетона может составлять в среднем 10–20 см.
К концу первой стадии работы системы "крепь-грунт", когда прекращаются упругие деформации контура, возводят вторичную стабилизующую бетонную обделку толщиной 25–35 см.
В курсовом проекте принимаем способ производства горных работ по новоавстрийскому методу.
4.2. Разработка грунта буровзрывным способом
Буровзрывным способом разрабатывают грунт при проходке тоннелей в скальных и полускальных грунтах с коэффициентом крепости f>1,5. Процесс разработки забоев этим способом состоит из следующих операций: бурения шпуров или скважин, заряжания их взрывчатым веществом, взрывания зарядов и проветривания забоев. Шпурами принято называть взрывные выработки диаметром менее 75 мм и длиной менее 5 м, скважинами – взрывные выработки d>75 мм. Обычно применяют шпуровые заряды, скважинные – при разработке нижнего уступа высотой более 4,5 м.
Чтобы качественно разработать забой, т.е. разработать грунт в пределах проектного контура без "переборов" сечения и на полную глубину заходки при требуемом дроблении и допустимом разбросе взорванного грунта, необходимо правильно назначить вид взрывчатых веществ, способ взрывания и параметры, паспорта буровзрывных работ.
В качестве взрывчатых веществ для подземных работ, в основном, используют аммониты – смеси специально обработанной аммиачной селитры с тротилом или гранулиты – смеси гранулированной аммиачной селитры с тротиловым сенсибилизатором. Характеристики основных взрывчатых веществ приведены в таблице 4.2.1. Тип взрывчатых веществ в зависимости от свойств грунтов можно назначить по таблице 4.2.2.
Нормы рекомендуют применять метод контурного взрывания забоев при электрическом способе взрывания зарядов. Для этого используют электродетонаторы мгновенного действия (ЭД-8-Э – водостойкий предохранительный, ЭД-8-ПМ – предохранительный, водостойкий повышенной мощности) короткозамедленные. К числу последних можно отнести ЭДКЗ или ЭДКЗ-ПМ-25 с временем замедления 25; 50; 15; 100; 150; 200 мс и ЭДКЗ-ПМ-15 с временем замедления 15; 30; 45; 60; 75; 90; 105; 120 мс. Применяют электродетонаторы замедленного действия с замедлением от 500 мс до 10 с.
Таблица 4.2.2. Рекомендуемые ВВ
| Грунты | Взрывание | Рекомендуемые ВВ для | |||
| шпуровых зарядов | патронов-боевиков | ||||
| врубовых | отбойных и подошвенных | контурных | |||
| Крепкие монолитные и слаботрещиноватые с f = 8-12 | обычное | 1; 2; 3 | 1; 2; 3 | 1; 2; 3 | 1; 2; 3 |
| гладкое | 1; 2; 3 | 5; 6 | 5; 6 | 1; 2; 3 | |
| Крепкие трещиноватые и сильнотрещиноватые с f = 8-12, монолитные и слаботрещиноватые с f = 4-8 | обычное | 1; 2; 3 | 5; 6 | 5; 6 | 1; 2; 3 |
| гладкое | 2; 5; 6 | 5; 6 | 5; 6 | 1; 2; 3 | |
| Трещиноватые и сильнотрещиноватые с f = 4-8, слабые скальные и полускальные с f<4 | обычное | 5; 6 | 5; 6 | 5; 6 | 5; 6 |
| гладкое | 5; 6 | 7; 8 | 7; 8 | 5; 6 |
Таблица 4.2.1. Характеристика промышленных ВВ, допущенных для подземных работ
| № | Взрывчатое вещество | Работоспо-собность Р, см3 | Плотность заряжания r г/см3 | Диаметр выпускаемых патронов α, мм | Передача детонации, см | Коэффициент относительной работоспособности | Вид упаковки |
| Непредохранительные ВВ повышенной мощности и мощные | |||||||
| Аммонал скальный №3 | 420-470 | 1,0-1,1 | 24, 28, 36 | 6-8 | 0,80 | Патроны в ящиках | |
| Детонит М | 460-500 | 1,15-1,20 | 28, 32, 36 | 10-18 | 0,82 | ||
| Аммонал 10-М | 1,1 | 32, 36 | 0,91 | ||||
| Нитрат 31К Франция | 1,5 | - | - | 0,90 | |||
| Непредохранительные ВВ средней мощности | |||||||
| Аммонит №6 ЖВ | 360-380 | 1,0-1,2 | 36, 40, 48 | 5-13 | 1,00 | Патроны в ящиках | |
| Динафталит - 200 | 320-350 | 1,0-1,15 | 30-42 | 1,08 | |||
| Предохранительные ВВ | |||||||
| Аммонит АП-5ЖВ | 320-350 | 1,0-1,15 | 26-26 | 5-8 | 1,10 | Патроны в ящиках | |
| Аммонит ПЖВ-20 | 265-280 | 1,05-1,2 | 26-36 | 4-8 | 1,20 | ||
| Гранулированные, водоустойчивые ВВ | |||||||
| Граммонал А-8 | 420-440 | 1,0-1,25 | - | - | 0,80 | В мешках | |
| Гранулит АС-4В | 390-410 | 0,8-0,9 | - | - | 0,95 |
4.2.3. Бурение шпуров
При проходке тоннелей для бурения шпуров в зависимости от крепости и абразивности грунтов используют бурильные машины вращательного действия – сверла, ударно-поворотного действия – перфораторы и вращательно-ударного действия – бурильные молотки. По условиям применения и способу поддержки во время бурения бурильные машины разделяют на ручные, телескопные и колонковые.
Ручные электросверла применяются для бурения шпуров глубиной 1,5–3 м в грунтах с коэффициентом крепости f<3 при проходке штольнеобразных выработок малого сечения. Ударно-поворотное бурение эффективно в крепких породах с f = 4-20, вращательно-ударное – в породах с f = 6-12.
При небольшом протяжении выработок в забоях высотой до 2,5-3,0 м применяют ручные перфораторы, поддерживаемые в рабочем положении пневмоподдержками. Ручное бурение шпуров под анкерное крепление (глубиной до 4 м) и ведение восстающих выработок производят с помощью телескопных бурильных молотков. Технические параметры пневматических ручных, колонковых и телескопных перфораторов даны в таблице 4.2.3.1.
Таблица 4.2.3.1. Технические параметры перфораторов
| Перфораторы | Тип | Масса, кг | Число ударов в мин. | Расход сжатого воздуха м3/мин | Диаметр коронки, мм | Мах глубина бурения, м | Рекоменд. условия применения |
| Ручные | ПР-20Л | 2,8 | 32-46 | f=8-12, lw=3-4 | |||
| ПР-25Л | 26,5 | 3,5 | 36-56 | ||||
| ПР-30 | 3,5 | 36-56 | |||||
| Колонковые | КС-50 | 5,0 | 45-85 | f<12, lw>3 | |||
| ПК-60 | 9,0 | 40-65 | |||||
| ПК-75 | 13,0 | 65-85 | |||||
| Телескопные | ПТ-29М | 3,3 | Бурение снизу вверх | ||||
| ПТ-45 | 4,0 | до65 |
Колонковые бурильные машины конструктивно объединяют бурильную головку, буровой инструмент и автоподатчик, создающий усилие на буровой инструмент, достигающее 12 кН. Они предназначены для бурения шпуров со специальных установочных приспособлений – манипуляторов и являются основным рабочим органом современных самоходных бурильных установок серии СБУ или УБШ и агрегатов типа ПБА.
Буровые рамы к тому же являются элементом комплексной механизации: с их площадок можно бурить анкерные шпуры, производить установку анкеров, заряжение шпуров, навеску вентиляционных труб. Однако их можно использовать в выработках определенных поперечных сечений. Технические характеристики приведены в таблица.4.2.3.2.
Таблица.4.2.3.2. Технические характеристики установок и агрегатов
| Показатели | Типы бурильных установок | |||||||
| БКГ-2 | 1СБУ-2К | СБУ-4 | ПБА-2 | УБШ-532Д (ЗБК-5Д) | УБШ-662 | Джумбо | Брокке | |
| Размеры забоя обуриваемые с одной позиции | ||||||||
| Высота | 3,5 | 5,8 | 9,0 | 7,0 | 9,0 | 9,0 | ||
| Ширина | 1,5 | 6,2 | 8,7 | 8,0 | 11,3 | 7,2 | 7,2 | |
| Кол. машин, шт | 5 (1) | |||||||
| Глубина бурения, м | 2,8 | - | 3,3 | |||||
| Диаметр шпуров, мм | 40-42 | 40-42 | 42 (50) | 42 (100) | 42 (76) | |||
| Тип ходовой части | Рельс. | Гусенич. | Гусенич. | Рельс. | Пневмо-колесн. | Пневмо-колесн. | Рельс. | Пневмоход |
| Тип бурильного молотка | БКГ | БГА-1М | БГА-1 | БГА-1М | ПК-75,БКА | ПК-75 | ПД-100 | Д-475А |
| Расход сжатого воздуха м3/мин | 50-90 | |||||||
| Габариты в транспортном положении | ||||||||
| Высота | 1,61 | 2,75 | 3,36 | 8,66 | 2,5 | - | 8,6 | 3,8 |
| Ширина | 1,41 | 2,4 | 3,2 | 5,8 | 2,4 | - | 6,4 | 3,45 |
| Длина | 6,8 | 19,2 | 8,0 | 19,0 | 11,8 | - | 19,35 | 12,7 |
| Размеры портала (hxb) | - | - | - | - | - | - | 3,8 Х 3,6 | - |
| Масса, т | 5,5 | 14,6 | 26,7 | - | - |
В состав бурильных машин входит буровой инструмент, с помощью которого непосредственно разрушается грунт в забое шпура. Применяют буровой инструмент в виде цельного бура или состоящий из буровой штанги и сменного резца или буровой коронки, армированной твердым сплавом.
Буровой инструмент для вращательного бурения ручными и колонковыми сверлами состоит из съемных резцов, буровой витой штанги ромбического сечения, имеющей на одном конце хвостовик с конусом, а на другом – головку с гнездом под хвостовик резца и шпильки для соединения резца со штангой. Резцы бывают двухперые и трехперые диаметром 41, 42 и 43 мм. К ним приваривают пластинки твердого сплава ВК-6В, ВК-8В или ВК-15 с небольшим содержанием кобальта.
Буровой инструмент для ударно-поворотного бурения состоит из съемной перфораторной коронки и буровой штанги. Различают долотчатые коронки пластинчатые (КДП) и штыревые (КДШ), трехперые (КТП и КТШ) и крестовые (ККП и ККШ). Они армированы пластинками или штырями вышеуказанных сплавов. Диаметр и область применения по грунту приведены в таблице 4.2.3.3. Штанги и колонки имеют промывочное отверстие диаметром 8 мм. Диаметр штанг – 22–32 мм, длина – 3-5 м.
Таблица 4.2.3.3. Диаметр и область применения бурового инструмента
| Марка буровой коронки | Диаметр, мм | Область применения |
| КДП-32-19 | Вязкие монолитные породы f = 10-20 | |
| КДП-36-22 | Вязкие монолитные породы f = 10-20 | |
| КДП-40-25-2 | Вязкие монолитные породы f = 10-20 c пылеулавливанием | |
| КДП-43-25 | Трещиноватые и абразивные f = 10-18 | |
| КДП-46-26 | Трещиноватые и абразивные f = 10-18 | |
| БКР | 45-70 | Различные породы (бурение колонковыми перфораторами) |
4.3. Погрузка и транспортирование грунта
Уборка из призабойной зоны отделенной горной массы ведется породопогрузочными шахтными машинами. В зависимости от размеров сечения выработки, принятой технологии проходки используют погрузочные машины различного принципа действия исполнительного органа, способа передачи грунта на транспортное средство. В выработках большого сечения широкое распространение получили машины непрерывного действия типа ПНБ, цикличного – тоннельные экскаваторы (ЭО-5114, ЭО-7114), в штольнеобразных выработках при прочных скальных грунтах – машины периодического действия с прямой погрузкой типа ППН, при полускальных – машины периодического действия со ступенчатой погрузкой типа ППМ.
При проходке тоннелей способом нижнего, уступа уборку в верхнем забое можно эффективно производить погрузочно-транспортными машинами типа ПД с совмещенным погрузочно-транспортным ковшом и типа ПТ с ковшовым погрузочным органом и транспортным кузовом. Параметры основных типов погрузочных машин приведены в таблице 4.3.1.