Файл: Мельников Л.Л. Сооружение выработок большого сечения в крепких породах.pdf

Испытания двух буровых рам различного типа пока­ зали, что определенный ответ можно дать лишь для кон­ кретных условий, поскольку каждая рама имела свои преимущества и недостатки. Рама, смонтированная на рельсовой тележке, оставалась в тоннеле постоянно, в ре­ зультате чего представилась возможность сократить время между циклами, тогда как буровая рама на пнев­ моходу должна быть выведена из тоннеля, поскольку ширина рамы и породоуборочного комплекса составляла более половины ширины тоннеля. Однако вследствие вы­ сокой маневренности оборудования на пневмоходу стро-. ители имели возможность организовать сооружение од­ ного тоннеля с двух порталов с использованием одного оборудования. Кроме того, перемещение буровой рамы на рельсовом ходу оказалось более сложным, так как было необходимо иметь специальную тележку и транс­ портное оборудование.

Следует отметить, что в большинстве случаев при выборе типа буровой рамы может быть предложено не­ сколько вариантов. В каждом конкретном случае необ­ ходимо производить технико-экономический анализ в со­ ответствии с его специфическими условиями, поскольку применение буровой рамы должно быть оправдано эко­ номически.

Б у р и л ь н ы е ма шины. Для бурения шпуров в за­ бое раму оборудуют необходимым числом бурильных ма­ шин. В зависимости от выбранного метода обуривания забоя для бурения шпуров с буровой рамы приме­ няют либо легкие ручные бурильные машины с пневмо­ поддержками, либо тяжелые колонковые бурильные машины.

Бурильщики, обслуживающие ручные бурильные ма­ шины с пневмоподдержками, размещаются на этажах рамы так, чтобы каждому бурильщику можно было про: буривать одинаковое количество шпурометров.

На рис. 17, а показана зависимость площади забоя, приходящаяся на одну легкую бурильную машину от площади сечения выработки. Как видно из рис. 17, а, с увеличением поперечного сечения выработки площадь забоя, приходящаяся на одну бурильную машину, воз­ растает.

В табл.. 9 приведены характеристики легких отече­ ственных бурильных машин, которые могут быть исполь­

39

зованы для бурения шпуров с буровой рамы при помощи пневмоподдержек (кроме ПР-13Л).

Большинство отечественных бурильных машин пред­ назначено для бурения шпуров с помощью центральной промывки или продувки сжатым воздухом. В машинах

Рис. 17. Зависимость площади забоя, при­ ходящейся на одну бурильную машину, от площади сечения выработки:

ПР-ЗОЛБ, ПР-18ЛБ, ПР-24ЛБ, ПРП-24ЛБ буровая ме­ лочь удаляется с помощью боковой промывки. Буриль­ ная машина ПР-ЗОКС предназначена для сухого беспыльного бурения шпуров.

40

Техническая характеристика бурильных машин

41

За рубежом наиболее распространены бурильные ма­

нелей показывает, что наибольшую скорость бурения обеспечивают ручные бурильные машины, выпускаемые фирмами «Атлас Копко» и «Клаймакс». ,

Для бурения шпуров в забое выработки большого се­ чения буровая рама может быть оборудована также ко­ лонковыми бурильными машинами. В этом случае бу­ рильные машины монтируют на консолях колонок или выносных стрелах. Вследствие более высокой произво­ дительности колонковых бурильных машин площадь за­ боя, приходящаяся на одну машину, принимается боль­ шей, чем в случае применения ручных машин (см. рис. 17, б).

Масса бурильных машин, применяемых для этой цели (ПК-50, КС-50), составляет 30—50 кг. За рубежом в аналогичных условиях наибольшее распространение по­ лучили колонковые машины фирм «Гарднер-Денвер» и «Ингерсолл-Раид». Ввиду большой массы бурильных машин с податчиками и манипуляторами, а также вслед­ ствие необходимости погашения усилий, возникающих от вибрации этих машин, конструкция рамы должна обес­ печивать большую грузоподъемность, в результате чего нередко оказывается весьма громоздкой. Например, мас­ са буровой рамы, применяемой для обуривания забоя тоннеля Монблан со стороны Франции, составляла 80 т без оборудования.

Шведской фирмой «Атлас-Копко» совместно с фир­ мой «Сандвик Иернверк» разработан метод бурения шпуров, с лестничных направляющих. Сущность этого метода заключается в том, что легкие бурильные маши­ ны на пневмоподдержках устанавливают на узких ме­ таллических рамах, состоящих из двух прогонов с поперечными связями из уголкового железа. Прогоны приваривают к скобам на вертикальных стойках буровой рамы (рис. 18). Подачу бурильной машины в забой осу­ ществляют на салазках по направляющим, приваренным к поперечным связям рамы (рис. 19). Для обслужива­ ния 14—16 бурильных машин, установленных на направ­ ляющих, необходимо 7—8 человек.

Основные преимущества бурения шпуров с направля­ ющих сводятся к следующему: снижается трудоемкость

42

43

бурения шпуров в результате обслуживания двух бу­ рильных машин одним рабочим; повышается скорость бурения вследствие улучшения условий труда и распо-

Рис. 18. Буровая рама на рельсовом ходу, оборудованная лестничными направляющими

ложения машины в одну линию с пневмоподдержкой; уменьшается утомляемость рабочих; уменьшается время на замену штанг; повышается точность бурения и появ­ ляется возможность быстрой замены вышедшей из строя бурильной машины.

Данный метод обуривания забоя был впервые приме­ нен при сооружении подводящего тоннеля ГЭС Сталуне [58]. Тоннель площадью сечения 60 м2 и длиной 17,7 км был сооружен в крепких кварцитах. Буровая рама была оборудована 16 легкими бурильными машинами фирмы «Атлас Копко», которые были установлены на лестнич-

44

'^^ЧЧАЧЧ^Ч^чС\\ѴХЧЧАЧ\ХчЧ^\\

Узел I

Рис. 19. Конструкция направляющих лестниц

ных направляющих. Бурильные машины обслуживали 8 рабочих, которые выполняли весь цикл работ — буре­ ние, заряжание и погрузку породы.

При сравнении различных способов бурения.со ско­ ростью 50 см/мин в условиях сооружения тоннеля в Сталуне производительность одного бурильщика составила, м/ч:

Применение поддержек лестничного типа позволило на 30% сократить общее время бурения шпуров и зна­ чительно снизить трудоемкость разработки 1 м3 скаль­ ной породы тоннеля (табл. 11).

Таблица 11

Средняя скорость сооружения тоннеля в Сталуне дли­ ной 17,7 км составила 9,45 м/сут.

Разработанный в 1960 г. в Швеции способ бурения шпуров при помощи лестничных направляющих быстро завоевал всемирную известность. Этот метод широко ра­ спространен в Швеции, Финляндии, Норвегии и некото­ рых других странах, а в настоящее время известно много случаев применения этого способа в США и Канаде.

46

Так, например, при сооружении тоннелей площадью сечения 86—100 м2 ГЭС Маникуара (Канада) и Эль-Ин- фьермильо (Мексика) -был применен способ бурения шпуров ручными бурильными машинами с лестничных направляющих. В обоих случаях буровая рама была обо­ рудована 22 бурильными машинами, которые обслужи­ вали 15 рабочих. За сутки в среднем выполняли два проходческих цикла, что составляло около 9 м подвигания забоя.

В Советском Союзе буровая рама, оборудованная ручными бурильными машинами (ПР-24Л) с лестничны­ ми направляющими, была применена при разработке верхней части отводящего тоннеля Чиркейской ГЭС.

Выб о р с п о с о б а о б у р и в а н и я т о н н е л я . При­ менение определенного типа бурильных машин в соче­ тании с соответствующей конструкцией буровой рамы обусловливает способ обуривания выработки.

В соответствии с принятой в отечественной и зару­ бежной литературе терминологией сооружение вырабо­ ток большого сечения на полный профиль по способу обуривания забоев можно подразделить на две большие группы: легким бурильным оборудованием (шведский способ) и тяжелым бурильным оборудованием (амери­ канский способ обуривания забоев).

Шведский способ обуривания забоя характеризуется применением легкой, многоэтажной, передвижной буро­ вой рамы, преимущественно на автономном ходу и лег­ ких ручных бурильных машин с пиевмоподдержками, а также использованием глубоких шпуров.

Способ обуривания забоев легкими ручными буриль­ ными машинами в последнее время стал доминирующим в Европе в результате следующих экономических преи­ муществ: оборудование требует меньших капитальных затрат; небольшая масса бурильных машин допускает обслуживание их одним человеком и облегчает труд ра­ бочих; применение глубоких шпуров открывает возмож­ ность достижения высоких скоростей сооружения выработки.

Используя этот метод в Швеции при сооружении от­ водящего тоннеля ГЭС Сторнорфорс сечением 390 м2, был установлен мировой рекорд по объему вынутой за месяц (20 дней) породы — более 25 тыс. м3.

Американский способ сооружения выработок характе­

47

ризуется применением для обуриваиия забоев тяжелых колонковых бурильных машин с автоматической подачей на забой, установленных на буровых рамах большой гру­ зонесущей способности. Применение мощных, высокопро­ изводительных бурильных машин обусловливает быстрое обуривание забоя даже в очень крепких породах, что яв­ ляется основой высоких скоростей сооружения вырабо­ ток. Другой, в некоторой степени характерной чертой американского способа является применение прямого вруба из одной или двух скважин диаметром от 100 до 200 мм. Эти скважины бурят в центре забоя тяжелой бу­ рильной машиной, которую монтируют на буровой раме. Бурение этих скважин синхронизируется по времени бу­ рения с остальными шпурами. Врубовую скважину не заряжают, она служит для лучшего дробления и получе­ ния высокого к. и. ш.

Недостатками американского способа работ являются большие капитальные затраты на оборудование, громозд­ кость его при сооружении выработок большого сечения, необходимость наличия рабочих высокой квалификации.

Способ обуриваиия забоя тяжелыми колонковыми бу­ рильными машинами широко распространен в США, Ка­ наде, Франции, где средняя скорость сооружения тонне­ лей достигла 12—15 м/сут. При сооружении тоннеля Юкамбин-Тумут (Австралия) при строительстве энерго­ системы в районе Снежных гор был установлен рекорд скорости — 30,5 м/сут и 147,5 м/нед, в то время как сред­ несуточное подвигание при строительстве тоннеля длиной 2,25 км и диаметром 7, 32 м составило 11,8 м [32].

Другим примером успешного применения этого спосо­ ба может служить сооружение тоннеля Клир-Крик в Се­ верной Калифорнии (США) диаметром 5,3 м и длиной 17,7 км, скорость сооружения которого в результате при­ менения мощного оборудования и хорошей организации труда составила 16 м/сут.

Примером применения американского способа обуривания в СССР может служить сооружение Крольского тоннеля на железнодорожной линии Тайшет — Абакан. Тоннель площадью сечения 45 м2 сооружали в мраморах при помощи бурового агрегата БА-1, представляющего собой типичную для этого способа тяжелую (масса 60 т) двухэтажную самоходную металлическую буровую раму, на каждом ярусе которой расположено по две машины

48