I OGULNE WIADOMOŚCI O SZYBACH
1. Szyb górniczy - wyrobisko górnicze pionowe lub pochyłe o kącie nachylenia 45˚ przeznaczony do jazdy ludzi, transportu urobku i materiałów, wętylacji lub innych celów związanych z ruchem kopalni. A). Wyróżniamy szyby połączone z powierzchnią i szyby ślepe, wykonane z jednego poziomu do drugiego. B). Ze względu na wielkość przekroju poprzecznego szybu wyróżniamy: - szybiki średnica w świetle obudowy do 3m, - szyby powyżej 3m.
C). Ze względu na kształt przekroju poprzecznego: - prostokątne ( stosunek wykorzystania tarczy szybu 1,0), - beczkowy ( stosunek wykorzystania tarczy szybu 0,78), - eliptyczny ( stosunek wykorzystania tarczy szybu 0,73), - krągły ( stosunek wykorzystania tarczy szybu 0,70).
D). Z uwagi na funkcjonalne przeznaczenie szybu dzielimy na: - wydobywcze, - wydobywczo - zjazdowe, - materiałowy, - pomocniczo zjazdowy, - szyby podsadzkowe, - wentylacyjne
E). Ze względu na lokalizację: - szyby główne (centralne), - peryferyjne
F). Ze względu na sposób głębienia „metody”: - szyby głębione metodą zwykłą, - szyby głębione metodą specjalną.
2. Części składowe szybu:
A). Głowica szybu - sięga od wylotu szybu na powierzchnię do pierwszego wieńca podstawowego (stopy szybowej) stanowiącego posadowienie dla obudowy głowicy. W głowicy szybu wydobywczego a zarazem wdechowego muszą być przewidziane następujące otwory:
a). - otwór wlotowy chodnika wyjściowego prowadzącego z szybu na powierzchnię
b). - otwór wlotowy do kanału grzewczego dla powietrza w porze zimowej
c). - otwór wlotowy do kanału wodnego służący do wyprowadzenia rurociągów wodnych z szybu na powierzchnię
d). - otwór wlotowy do kanału doprowadzający rurociąg sprężonego powietrza z powierzchni do szybu
e). - otwór wlotowy do kanału kablowego doprowadzającego kable z powierzchni do szybu
Głowica szybu wentylacyjnego musi mieć:
- otwór wlotowy do kanału wentylacyjnego odprowadzające zużyte powietrze do wentylatora na powierzchni
- otwór wlotowy do kanału doprowadzającego rurociągi sprężonego powietrza do szybu.
W pewnych przypadkach przy nietypowym rozwiązaniu szyb wentylacyjny służy równocześnie jako szyb podsadzkowy może mieć wtedy w głowicy dodatkowy otwór dla wprowadzenia rurociągów podsadzkowych do szybu. W rozwiązaniu typowym wlot kanału podsadzkowego do szybu na większej głębokości, a więc poniżej głowicy szybu.
Poza tym w szybach urządzeniem wyciągowym głowica musi być dostosowana do należytego umocowania trzonu wierzy szybowej i przyjęcia z tego tytułu odpowiedniego obciążenia. Obudowę głowicy szybu projektuje się zawsze jako ogniotrwałą i to najczęściej z tego samego materiału co obudowę szybu, jednak o grubości odpowiednio większej. Grubsza obudowa głowicy jest konieczna zarówno ze względu na jej osłabienie otworami jak i obciążenie konstrukcją wierzy szybowej. Poza tym głowica szybu narażona jest na wpływy atmosferyczne i zmiany temperatur, a także na dodatkowe zmienne obciążenia dynamiczne wywołane przez poruszające się naczynia wyciągowe.
Obudowa głowicy ma zwykle od strony zewnętrznej 2 lub 3 występy cylindryczne o wysokości od 3 do 5 m. Najwyższy występ powinien być zakładany poniżej linii zamrażania gruntu. Grubość obudowy najwyższego występu przyjmuje się zwykle od 1 do 1,5m czasem większy, a następnego od 0,5 do 1m. Występ 3 jeśli ma grubość pośrednią pomiędzy grubością występu 2 a obudową szybu. Wieniec podstawowy głowicy szybu należy zasadniczo obsadzać w skałach zwięzłych (mocnych) najlepiej 2 do 3m poniżej słabych skał nadkładowych.
B). Rura szybowa - potocznie: obudowa otworu szybowego
C). Rząpie szybu - stanowi ostatnią najniższą część szybu leżącą poniżej podszybia najniższego poziomu i sięga do samego dna szybu. W zależności od ilości pięter w klatce głębokość rząpia wynosi do 20 m.
- w szybach z urządzeniem wyciągowym rząpie służy do:
a). - umieszczenia urządzenia zwrotnego dla liny wyrównawczej, zakończenia prowadników sztywnych, umocowania. - przy urządzeniach skipowych służy do pomieszczenia urządzenia służącego do chwytania i usuwania przepadającego drobnego węgla przy załadunku skipu.
b). - zabezpieczenia wymaganej przepisami długości drogi w razie przejechania naczynia wydobywczego poniżej dozwolonej głębokości
c). - jako zbiornik do gromadzenia ściekającej szybem wody która musi być wyciągnięta
D). - Wlot do podszybi PRZYSZYBIE - WYROBISKO ŁĄCZĄCE SZYBY Z PODSZYBIEM
E). - Zrąb - podłużna, wyniesiona część skorupy ziemskiej ograniczona dwoma uskokami.
F). Stopa szybowa - dolna (początkowa) pogrubiona część obudowy, zazwyczaj murowej, w przekroju ma kształt stop, osadzona na mocnej caliźnie, stosowana przy odcinkowym wznoszeniu obudowyszybowej.
3. Obudowa szybu - BN - 83/043402 - jest to konstrukcja zabezpieczająca szyb przed obrywami odłamków skał, wdarciem wody lub kurzawki i przed jego zaciśnięciem przez górotwór oraz przeznaczona do zamocowania wyposażenia i zbrojenia szybu.
4. Tarcza szybu - przekrój poprzeczny w świetle obudowy wraz z urządzeniami w nim zabudowanymi, możemy mówić o tarczy szybu ostatecznej, i tarczy szybu wgłębieniem.
A). Przedziały w tarczy szybu: - klatkowy, - skipowy, - drabinowy, - kablowo drabinowy.
B). Przekrój podłużny szybu: - głowica szybu, - rura szybowa wraz z wlotami podszybia, - rząpie szybowe.
II PRACE BADAWCZE DO GŁĘBIENIA SZYBU
1. Dokumentacja hydrologiczna i geologiczno - inżynieryjna dla potrzeb głębienia - dokumentację tę stanowi zbiór dokumentów zawierających niezbędne dane techniczne, hydrologiczne geologiczno - inżynierskie, które umożliwiają opracowanie projektu głębienia i obudowy szybu górniczego. Dokumentacja ta może być sporządzona w parciu o wykonane uprzednio otwory rozpoznawcze (dokumentację złoża) jedynie w przypadku regularnego zalegania warstw i wystarczających informacji hydrogeologicznych i geologiczno inżynierskich uzyskanych w czasie wykonywania tych otworów i ewentualnych innych wyrobisk górniczych. W dużej liczbie przypadków należy wykonać specjalny otwór badawczy pod szyb a w przypadku dużej zmienności warunków, geologicznych kilka otworów (zwykle do 3)
2. Otwór badawczy pod szyb - powinien być zlokalizowany poza obszarem projektowanego szybu w odległości nie większej niż 20 m od przewidywanego środka szybu w szczególnych przypadkach (regularność warstw, ograniczenia związane z brakiem wyrobisk górniczych) odległość ta morze być zwiększona do 50 m. Otwór badawczy powinien być wiercony na pełną głębokość projektowanego szybu przy czym dopuszcza się odcinkowe rozpoznanie górotworu za pomocą otworów wykonywanych z powierzchni, z dna szybu lub wyrobisk górniczych
3. Głębokość krytyczna - jest to głębokość poniżej której dana warstwa górotworu obciąża obudowę szybu. Głębokość krytyczna - jest to głębokość poniżej której w skutek koncentracji naprężeń nastąpi na ociosie szybu przekroczenie granicy wytrzymałości skał na ściskanie. Wyrobisko szybowe znajdzie się wówczas w otoczeniu strefy spękań, skały objęte strefą spękań mają tendencję do oddzielenia się od masywu pierwotnego i przemieszcza się ku wybranej przestrzeni tak więc obudowa wyrobiska zabezpieczająca jego kontur przed obwałem lub zawałem obciążona jest statycznie ciężarem skał otaczających. Obciążenie to zwane jest potocznie ciśnieniem statycznym górotworu na obudowę szybu.
4. Głębokość graniczna - jest to głębokość poniżej której obciążenie obudowy szybu ze strony danej warstwy geologicznej górotworu nie rośnie wraz ze wzrostem głębokości.
III KONSTRUKCJE OBUDÓW SZYBOWYCH.
1. Obudowa tymczasowa - jest to obudowa zabezpieczająca przodek wyrobiska w czasie głębienia i demontowana przed wykonaniem obudowy ostatecznej.
2. Obudowa wstępna - jest to obudowa szybu w czasie głębienia zabezpieczająca przodek wyrobiska i wchodząca później w skład obudowy ostatecznej
3. Obudowa ostateczna - jest to obudowa zabezpieczająca szyb w czasie jego eksploatacji
4. Obudowa pojedyncza - jest to obudowa złożona z pojedynczego pierścienia konstrukcyjnego nośnego. Rozróżniamy obudowy: - betonowe, - murowe z betonitów, - murowe z cegły.
5. Obudowa zespolona - jest to obudowa wykonana z dwu lub więcej pierścieni konstrukcyjnych nośnych sztywno ze sobą powiązanych
6. Obudowa wielowarstwowa - jest to obudowa wykonana z dwu lub więcej pierścieni konstrukcyjnych nośnych oddzielonych od siebie np. folią hydroizolacyjną. Podstawowym elementem jest pierścień konstrukcyjny z betonu, zostały wprowadzone do krajowego budownictwa górniczego w latach 60. Składają się one z: - zewnętrznego pierścienia konstrukcyjnego wykonanego z cegły, betonu, betonitów prefabrykowanych, żelbetonu. - warstwy hydroizolacji o grubości 0,5 do 2 mm wykonanej z folii polietylenowej PE lub PVC łączonej przy użyciu zgrzewania. - wewnętrznego pierścienia konstrukcyjnego wykonanego z betonu. Obudowy te stosuje się do obciążeń nie przekraczających około 3 MPa.
7. Klasy i marki: a) - cegła klinkierowa budowlana, klasy 30, 35, 45, 60,
b) - betonity klinkierowe klasy 20, 25, 35
Klasa cegły odpowiada średniej wytrzymałości, a klasa betonitów odpowiada za wytrzymałość gwarantowaną.
c) - stosuje się marki zaprawy M12, M15, M20, (PN-90/B-14501). Marka średnia wytrzymałości zaprawy określana na beleczkach o wymiarach 4x4x8 cm
d) - prefabrykaty żelbetowe tzw. panele: klasy B20 do B25, a do wykonywania pierścienia wewnętrznego B25, B30, B35
IV TECHNOLOGIA GŁĘBIENIA SZYBÓW
1. Metoda zwykły - polega na bezpośrednim urabianiu i wznoszeniu obudowy. Jest stosowana w skałach zwięzłych o małym dopływie wody (mniejszym od 0,5 do 1,5 m3/min)
2. Metody specjalne - polegają na wcześniejszym przygotowaniu górotworu i głębieniu szybu metodą zwykłą lub na zastosowaniu odmiennej technologii drążenia
3. Sposób szeregowy - głębienie szybu prowadzi się odcinkami krótkimi ( od 2 do 6 m) lub długimi (od 6 do 50 m). Długość odcinków zależy od wytrzymałości skał. W danym odcinku najpierw urabia się skałę i obudowuje się ociosy obudową tymczasową, a następnie przerywa roboty urabiania i wznosi obudowę ostateczną. Ten sposób jest mało wydajny i nadaje się do szybów o małej średnicy i niedużej głębokości.
4. Sposób równoległy - charakteryzuje się równoczesnym urabianiem skały i wznoszeniem obudowy ostatecznej lecz w różnych odcinkach szybu, wymagane jest również stosowanie tymczasowej obudowy. Sposób nadaje się do głębienia szybów o dużych średnicach i większych głębokościach, w warunkach polskich nie stosowany. Wyróżniamy 2 rodzaje tej odmiany:
a) - równoczesno - szeregowy; charakteryzuje się tym że urabianie i obudowa mieszczą się w jednym cyklu i następują kolejno w przodku. Obudowę wykonuje się z dołu do góry (np. obudowę betonowa krótkimi odcinkami), lub z góry na dół (np. tubingowa podwieszana). W tym sposobie nie ma potrzeby stosowania obudowy tymczasowej.
b) - równoczesno - równoległy; polega na równoczesnym urabianiu i wznoszeniu obudowy ostatecznej odcinkami od 4 do 8 m w skałach wytrzymałych bez potrzeby stosowania obudowy tymczasowej lub w skałach mniej wytrzymałych z zastosowaniem otarczowania ochronnego.
5. Roboty strzałowe -
6. Ładowanie urobku - stosuje się przede wszystkim ładowarki chwytakowe
a) lekkie - o pojemności chwytaka 0,05 do 0,15 m3, masie ok. 0,5 t np. BCz1, ŁCh-1, ŁCh-335(ręcznie wodzone)
b) średnie - o pojemności chwytaka 0,15 do 0,3 m3, masie ok. 0,7 t np. ŁCh-2, Gryf 1P( sterowane ręcznie)
c) ciężkie - o pojemności chwytaka 0,3 do 0,65 m3, masie ok. 15 t np. KS-2u o pojemności 0,65m3 i masie 10 do 15t, KS-1m o pojemności 1m3 i masie 20t, Skała o pojemności 0,4m3 i masie 5,5 do 7,2t. Ładowarka Skała posiada kabinę z chwytakiem zawieszoną na linie niezależnie od pomostu wiszącego i w czasie pracy jest przykotwiona do ociosu
7. Sanie prowadnicze - stosuje się aby nie doszło do wychyleń kubła w czasie jazdy w szybie , poruszające się z naczyniem wyciągowym w prowadnikach linowych. Prowadniki linowe stanowią najczęściej liny nośne pomostów wiszących w szybie a same pomosty stanowią obciążenie lin. Sanie prowadnicze umocowane są na specjalnych zaciskach na linie wyciągowej kilkanaście cm nad zawiesiem.
8. Odwadnianie - przy dopływie wody 0,02 do 0,05 m3/min stosuje się odwadnianie kubłami, 0,05 do 1,5 m3/min stosuje się pompy, powyżej 1,5 m3/min stosuje się metody specjalne.
a) Przy odwadnianiu kubłami stosuje się pompy przodkowe np. PW-50o wydajności 0,15 do 0,5 m3/h(0,02 do 0,08 m3/min) i wysokości tłoczenia 18 m.
b) Odwadnianie pompami przodkowymi stosuje się pompy przeponowe OP-80(typ. Plajper), a wydajność 18 do 24 m3/h (0,3 do 0,4 m3/min)i wysokość tłoczenia 45 m
c) odwadnianie pompami wiszącymi np. OWP-80, 100, 125 o wydajności 0,5 do 1,5 m3/min i wysokość tłoczenia 120 do 180 m, OSS-80R, 100R, 125R o wydajności 0,75 do 1,5 m3/min i wysokość tłoczenia 120 do 160 m. Pompy te są pompami wirowymi, stosowane są również niekiedy pompy typu mamut, oraz pompy strumieniowe (hydroelewatory)
9. komory przelewowe - w przypadku dopływu wody do ok. 0,2 m3/min stosuje się zbiorniki przelewowe na pomostach powyżej. Zwykle komory są wyposażone w 2 pompy (jedną rezerwową). Maksymalna odległość między komorami przelewowymi wynika ze stosowanych pomp dla OS 980, 100, 125, 150) wynosi ok. 200m dla pomp typ. OW (0,4, 100) ok. 400m. Wydajność pompy wynosi ok. 3 m3/min, a OW ok. 2 m3/min. przy każdej komorze pomp powinien być zabudowany pomost umożliwiający obsłudze wsiadanie do kubła i załadunek, wyładunek urządzeń. Wlot powinien być zabezpieczony barierą i progiem.
10. Przewietrzanie - przy użyciu lutniociągów podłączonych do wentylatora, z zastosowaniem przegrody, przewietrzanie kombinowane szybów bliźniaczych stosowane przy konieczności dostarczenia dużej ilości świeżego powietrza
a) przewietrzanie tłoczące ZALETY: - dalekie działanie świeżego prądu powietrza, - ucieczki powietrza z lutniociągu są korzystne, - jeden rurociąg może być elastyczny, - jeden wentylator. WADY: - gazy szkodliwe płyną całym przekrojem szybu
b) przewietrzanie ssące ZALETY: - jeden rurociąg, - jeden wentylator, - gazy szkodliwe płyną rurociągiem, - istnieje możliwość usuwania najcięższych gazów. WADY: - ucieczki powietrza są nieużyteczne, - rurociąg musi być sztywny, gazy długo utrzymują się w przodku.
c) przewietrzanie kombinowane ZALETY: - gazy szkodliwe płyną rurociągiem, - istnieje możliwość usuwania najcięższych gazów. WADY: - ucieczki powietrza nieużyteczne, - 2 stanowiska wentylatorów, - 2 rurociągi.
V OGULNE ZASADY POGŁĘBIANIA I NAPRAWY SZYBÓW
Szyby pogłębiane - wyróżnia się specjalistyczne technologie wykonania zależną w znacznym stopniu od warunków górniczych pogłębianego szybu, a w szczególności od: a) możliwości funkcjonalnego pogłębiania szybu, b) możliwości wykonania pomostu bezpieczeństwa, c) możliwości wykonania udostępnienia dolnego poziomu i zorganizowania odstawy kamienia. W przypadku gdy jest możliwe wyłączenie całkowite wyłączenie szybu na czas pogłębienia roboty wykonuje się z powierzchni metodami stosowanymi przy głębieniu szybu. W przeciwnym przypadku stosuje się jedną z technologii pogłębiania z góry w dół lub z dołu do góry. Zwykle stosuje się pogłębianie z góry w dół które zapewnia znaczną szybkość wykonania. W tym przypadku najbardziej korzystne warunki panują wówczas gdy można przeznaczyć część tarczy szybu dla wyciągania kamienia. Wówczas blokuje się maszynę wyciągową na powierzchni terenu, na poziomie wentylacyjnym lub na poziomie eksploatacyjnym kopalni. W przypadku braku możliwości lokalizacji maszyny wyciągowej nad odcinkiem pogłębianego szybu można zastosować pogłębianie spod poziomu udostępnionego upadową lub szybikiem (rozwiązanie niekorzystne ze względu na dużą ilość robót przygotowawczych i skomplikowany transport urobku). W każdym z wyżej wymienionych przypadków odcinek tarczy szybu pod czynnym wyciągiem szybowym powinien być zabezpieczony półką skalną lub pomostem bezpieczeństwa (w zależności od wytrzymałości skał). Pogłębianie z dołu do góry stosowane jest w wyjątkowych przypadkach np. gdy pogłębianie z góry na dół utrudnia normalną eksploatację szybu lub w tarczy szybu nie można wygospodarować miejsca dla wyciągania urobku. W ostatnich latach rozpowszechnia się bardzo efektywna technologia pogłębiania szybu z góry na dół z uprzednim wykonaniem otworu wielkośrednicowego z dołu do góry. Technologia ta upraszcza w znaczny sposób transport urobionej skały i przyśpiesza wykonanie szybu
VI OGÓLNE WIADOMOŚCI O METODACH SPECJALNYCH GŁĘBIENIA SZYBÓW
Metody specjalne są stosowane w warunkach dużego zawodnienia górotworu. Prawidłowy dobór odpowiedniej metody specjalnej wymaga dokładnego rozeznania hydrogeologicznego i dużego doświadczenia. Metody specjalne stosuje się przy głębieniu szybów w skałach luźnych zawodnionych (bez względu na ilość dopływu) oraz w skałach zwięzłych zawodnionych (przy dopływie 0,5 -1,5 m3/min) w zależności od wytrzymałości.
1. Cementacja górotworu - polega na utworzeniu wokół przyszłego wyrobiska szczelnego ogrodzenia ze skał spojonych zaczynem cementowym wtłoczonym do górotworu. Technologia ta jest stosowana z powodzeniem w skałach zwięzłych szczelinowatych o rozwartości szczelin większej od ok. 0,1mm i szybkości wód podziemnych mniejszych od 7·10-3 m/s (600 m/dob.). Dobre wyniki uzyskuje się również w skałach żwirowych o średnicy większej od 2mm. Stosuje się 2 zasadnicze schematy cementacji wyprzedzającej: - z przodka głębionego szybu, - z powierzchni. Różnią się miejscem wiercenia otworów cementacyjnych. Kierunek wiercenia otworów cementacyjny nadawany jest przy pomocy rur prowadniczych (kierunkowych, konduktorów). Sposoby zatłaczania iniektów wyróżniamy 3 sposoby : - sposób naporowy, - sposób półobiegowy (półcyrkulacyjny), - sposób obiegowy (cyrkulacyjny)
2. Zamrażanie górotworu - metoda ta jest obecnie najpewniejsza i najdroższą technologią stosowaną w najtrudniejszych warunkach hydrogeologicznych w skałach luźnych zawodnionych o współczynniku filtracji k ≤ 1· 10-5 m/s oraz skały zwięzłe o bardzo dużym dopływie wody (przekraczającym kilka m3/min i dużych ciśnieniach hydrostatycznych - po wykluczeniu możliwości stosowania innych metod głębienia np. przy pomocy iniekcji. Przeciwwskazania dla stosowania metody zamrażania górotworu: - wysoka temp. wód podziemnych, duże zasolenie górotworu, - duża prędkość wód podziemnych, - duża głębokość przekraczająca 1000 m. Przy zamrażaniu górotworu mamy do czynienia z 3 obiegami:
a) obieg solanki, - składa się z następujących elementów: - pompa solankowa, - rozdzielacz w piwnicy mrożeniowej, - rury ługowe, - rury mrożeniowe, - rury odprowadzające solankę „ciepłą” zbiornik solanki „ciepłej” na wieży, - parownik. Stosowane są 2 rodzaje solanki: - normalny obieg (solanka zimna jest dostarczana do rury ługowej, tworzy się płaszcz mrożeniowy w kształcie gruszki )mamy wtedy do czynienia z opóźnionym rozpoczęciem głębienia. - odwrotny obieg solanki (solanka zimna jest dostarczana do przestrzeni rurowej, otrzymuje się płaszcz mrożeniowy w kształcie leja) umożliwia to wcześniejsze rozpoczęcie głębienia. Idealne było by połączenie tych 2 metod jednocześnie lecz nie pozwala na to skomplikowana instalacja.
b) obieg amoniaku - składa się z: - sprężarki amoniaku, - skraplacza, - zaworu redukcyjnego, - parownika.
c) obieg wody chłodzącej - składa się z doprowadzenia i odprowadzenia wody chłodzącej.
3. Sztuczne obniżenie poziomu wód podziemnych - uzyskuje się za pomocą otworów wiertniczych. W przypadku użycia pomp głębinowych wysokość podnoszenia stanowi granicę stosowania technologii. W skałach krasowych oraz w skałach o bardzo dużej szczelinowatości dobre rezultaty uzyskuje się przy użyciu glinizacji, a w przypadku dużej prędkości wód podziemnych i rozwartości szczelin większych ok. 0,6 mm i ciśnieniu mniejszym ok. 0,3 MPa wskazana jest bitumizacja.
VII DRĄŻENIE I OBUDOWA WYROBISK POZIOMYCH
1. Warunki techniczne prowadzenia wyrobisk -
a) warunki geologiczne