Способ сооружения шахтного ствола, стволопроходческий комбайн, породоразрушающий агрегат и устройство для возведения армирующей крепи (варианты)

Изобретения относятся к области горного дела, а именно к технологии строительства вертикальных шахтных стволов горных предприятий и горнопроходческому оборудованию для ее осуществления. В способе сооружения шахтного ствола каждый этап разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы осуществляют независимо от этапов сборки и установки армирующей крепи. Разработку забоя и уборку разрушенной породы осуществляют одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах в течение всего процесса разработки. Между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи поддерживают запас хода технологического оборудования в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи в размере по меньшей мере одного шага возведения армирующей крепи. При этом запас хода технологического оборудования достигается за счет оснащения монтажной рамы опорными домкратами, которые имеют возможность взаимодействовать с забойной рамой. Стволопроходческий комбайн включает смонтированный на забойной раме породоразрушающий агрегат для разработки забоя и погрузки разрушенной породы и расположенное над ним устройство для возведения армирующей крепи, включающее монтажную раму, которая расположена относительно забойной рамы с возможностью сближения в процессе работы, исключающего их физический контакт. В породоразрушающем агрегате забойная рама содержит поворотное основание и в своей нижней части снабжена расположенными по периметру и направленными вниз опорными домкратами с независимыми рабочими приводами. Поворотное основание со стороны, противоположной размещению цапфы с породоразрушающим органом, содержит сквозное окно, оснащенное поворотным кронштейном, на котором закреплен погрузочный орган с ломающейся стрелой и ковшом. Причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода ковша за пределы забойной рамы при любом положении поворотного основании. Поворотный кронштейн погрузочного органа расположен в центре поворотного основания, а породоразрушающий и погрузочный органы выполнены с возможностью вести разработку забоя и уборку разрушенной породы одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах в течение всего процесса разработки. В первом варианте устройства для возведения армирующей крепи монтажная рама содержит поворотный полок, в средней части которого имеется поворотный кронштейн с закрепленной на нем ломающейся стрелой с оконечником. Причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода оконечника за пределы монтажной рамы при любом положении поворотного кронштейна, при этом монтажная рама в своей нижней части включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, или в своей верхней части включает элементы крепления подвесных канатов тяговых лебедок. Во втором варианте устройства для возведения армирующей крепи монтажная рама имеет стационарный полок и в своей нижней части снабжена расположенными по периметру направленными вниз опорными домкратами. Изобретения увеличивают скорость проходки вертикальных шахтных стволов и стабилизируют качество возведения армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой и/или бетонной крепи. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретения относятся к области горного дела, а именно к технологии строительства вертикальных шахтных стволов горных предприятий и горнопроходческому оборудованию для ее осуществления.

Известен способ проходки вертикальных шахтных стволов в обводненных неустойчивых породах, включающий замораживание пород, проведение буровзрывных работ, после которых переходят на механическое разрушение взорванных пород, их механизированную погрузку, крепление шахтного ствола чугунными тюбингами с последующим тампонажем закрепного пространства, причем разрушение пород осуществляют упругими волнами взрыва, равными или меньшими максимально допустимых значений для зон контакта двух пород [Описание изобретения к патенту РФ №2398967 от 23.07.2009, МПК E21D 1/00, E21D 1/12, опубл. 10.09.2010].

Тщательное, проводимое по специальной методике разрушение пород взрывным способом предотвращает разрыв и деформацию замораживающих колонок, а также повышает надежность ледопородного ограждения ствола. Таким образом, настоящий способ не увеличивает скорость проходки ствола, а декларируемая скорость 45 метров в месяц является достаточно скромным показателем, поскольку теоретическая скорость возведения крепи составляет 90-120 м/мес.

Известен способ проходки шахтных стволов по параллельной схеме, включающий разработку забоя в глубину взрывным способом с подъемом технологического оборудования, его последующее опускание, погрузку разрушенной породы и одновременное возведение бетонной крепи на величину шага проходки [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1820001 от 28.02.1990, МКИ⁵ E21D 5/12, опубл. 07.06.1993].

Параллельная схема проходки, реализуемая настоящим изобретением используется частично и только при соблюдении ряда условий. Необходимыми из них являются прекращение взрывных работ и проветривание ствола, спуск технологического оборудования, его центрирование и фиксация, бесперебойная одновременная работоспособность всех единиц технологического оборудования. Несоблюдение даже одного из условий вносит в «параллельную» технологию элемент «последовательности», что снижает эффективность использования комплекса, а периодичность возведения фрагментов (слоев) крепи требует особых условий проведения бетонных работ, включая периодическую поставку раствора в необходимом количестве с заданными свойствами при постепенном увеличении глубины подачи, что требует значительных затрат на получение стабильных качественных характеристик крепи по ее высоте.

Известна технология сооружения шахтного ствола, осуществляемая соответствующим механизированным комплексом и включающая разработку забоя в глубину буровзрывным или механическим способом одним комплектом технологического оборудования, уборку разрушенной породы с использованием пневматического транспорта другим, независимым от первого, комплектом оборудования, а также сборку и пошаговое возведение армирующей крепи с помощью оборудования первого комплекта [Описание полезной модели к патенту РФ №137573 от 08.07.2013, МПК E21D 1/03, E21D 5/12, опубл. 20.02.2014]. При переходе с буровзрывной технологии проходки на механическую процесс возведения крепи и отгрузки породы не прерывается.

Недостатки буровзрывной технологии проходки стволов описаны выше, при этом при реализации более производительной механической технологии разработки забоя (т.к. отпадает необходимость прекращения работ при проведении взрывных мероприятий) становится невозможно устанавливать крепь до момента смещения проходческого полка в глубину забоя на необходимый шаг, равный, например, сумме высоты тюбингов и требуемого технологического зазора. Таким образом, скорость проходки ствола ограничивается принятой в данной технологии скоростью разработки забоя или скоростью монтажа крепи, а неизбежные технологические перерывы в работе соответствующего оборудования дополнительно приводят к увеличению срока строительства горного предприятия.

Известен способ сооружения вертикальных шахтных стволов тоннелей и метро, включающий разработку забоя в глубину, уборку разрушенной породы, сборку и пошаговое возведение армирующей тюбинговой крепи, осуществляемые в одном технологическом уровне [Описание изобретения к патенту РФ №2141030 от 24.04.1997, МПК⁶ E21D 1/08, опубл. 10.11.1999].

Учитывая специфику сооружения шахтных стволов, которая ограничена стволами тоннелей и метро, т.е. стволами небольшой глубины в, как правило, стабильных грунтах, настоящий способ не требует высокой скорости проходки и жестких мер по укреплению и герметизации ствола. Именно этим определяется проведение всех работ последовательно в одном технологическом уровне. А герметизация осуществляется установкой герметизирующих прокладок после сборки тюбингов, что дополнительно снижает скорость проходки. В результате, настоящий способ не может быть применен для строительства глубоких стволов.

Как видно, практически все способы сооружения шахтных стволов сводятся к разработке забоя в глубину с, как правило, последовательной уборкой разрушенной породы и, следующей за нею, последовательной сборке и пошаговому возведению армирующей крепи, причем скорость проходки измеряется по наиболее трудоемкому переделу (как правило, это монтаж тюбинговой, а иногда, бетонной крепи, или разработка забоя в глубину), определяющем основные технические характеристики процесса строительства горного сооружения, при этом во внимание не принимается тот факт, что при разработке забоя возможны разнообразные нестандартные ситуации, связанные, например, с ухудшением геологической структуры породы на определенном участке и связанной с этим заменой рабочего инструмента, необходимостью аварийного восстановления разрушенного инструмента и пр., и обязательные мероприятия, связанные с профилактикой оборудования, плановой сменой инструмента, ремонтными работами и др. Если проводимое мероприятие не укладывается в продолжительность осуществляемого базового передела, то время на его реализацию дополнительно увеличивает общее время сооружения шахтного ствола. Таким образом, параметрический резерв повышения скорости проходки находится в пределах 90-120 м/мес - средней скорости возведения армирующей крепи, - что должно являться ориентиром для вновь разрабатываемых технологий.

Задача, решаемая первым изобретением группы и достигаемый технический результат, в части способа, заключаются в увеличении скорости проходки вертикальных шахтных стволов и стабилизации качества возведения армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой и/или бетонной крепи. Настоящие показатели обеспечиваются за счет реализации в максимальной степени принципа «параллельности» в технологическом процессе проходки шахтного ствола. Кроме этого, при реализации способа увеличивается надежность работы оборудования.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в способе сооружения шахтного ствола, включающем этапы разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы, и этапы сборки и пошагового возведения армирующей крепи, каждый этап разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы осуществляют независимо от этапов сборки и установки армирующей крепи, при этом между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи поддерживают запас хода технологического оборудования, в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи в размере по меньшей мере одного шага возведения армирующей крепи.

Кроме этого:

- разработку забоя и уборку разрушенной породы осуществляют одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах;

- разработку забоя в глубину осуществляют послойно резцами и/или шарошками, и/или гидромолотами;

- армирующая крепь выполнена тюбинговой и/или бетонной.

Известен комплекс оборудования для параллельного способа проходки вертикальных шахтных стволов, включающий проходческий полок, подвешенный на канатах лебедок, установленных на поверхности, и опалубку, состоящую из формующей оболочки и поддона. Формующая оболочка подвешена на направляющих канатах для перемещения бадей, поддон выполнен с учетом возможности перемещения его по стволу отдельно от формующей оболочки. При перестановке комплекса оборудования на новую заходку проходческий полок перемещается вместе с поддоном, закрепленным на нем с помощью откидных опор. После распора полка выполняется центрирование и распор поддона посредством гидродомкратов с раздвижными упорами. При ослаблении натяжения направляющих канатов происходит опускание формующей оболочки для бетонирования стенок ствола [См. описание к а.с. СССР №1820001]. Решаемая задача - повышение эффективности использования комплекса.

Реализуемый настоящим комплексом способ сооружения шахтного ствола не контролирует объемы извлекаемой породы, что связано со спецификой использования взрывной технологии. В итоге увеличивается объем и масса бетонной крепи со значительным превышением нормативных требований к ней. Это снижает скорость проходки и увеличивает капитальные затраты на строительство. Кроме этого настоящее устройство имеет недостатки, характерные для реализуемого им способа (см. выше). Также комплекс не предназначен для установки тюбинговой крепи, поскольку это существенно сократит скорость сооружения ствола.

Известен проходческий комплекс для сооружения вертикальных горных выработок буровзрывным способом, включающий двухэтажный полок-каретку, грейферный породопогрузчик, подвешенный на канате к механизму подъема, корпус которого закреплен с возможностью вращения на обоих этажах полка-каретки, привод вращения корпуса механизма подъема, рукоять подвески грейферного породопогрузчика, механизм управления грейферным породопогрузчиком на нижнем этаже полка-каретки, бадью с днищем и обечайкой и бадьевой раструб, при этом комплекс снабжен породопогрузочным узлом с кронштейном, бункером и приводом, посадочным устройством для бадьи и призабойной опалубкой, причем бункер подвешен с помощью гибких связей к кронштейну установленному в полке-каретке с возможностью поворота до совмещения оси бункера с осью бадьи, а посадочное устройство для бадьи выполнено в виде V-образной рамы, подвешенной посредством гибких связей к полку-каретке соосно бадьевому раструбу [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1121440 от 10.05.1983, МКИ³ E21D 1/04, опубл. 30.10.1984]. По мере проходки ствола осуществляется заливка бетона в призабойную опалубку.

Недостатком настоящего проходческого комплекса является его привязка к буровзрывной технологии, когда реализация технологических возможностей оборудования происходит в промежутках между взрывными работами и работами по вентиляции ствола, при этом существует четкая последовательность между выгрузкой породы и подготовкой буровзрывных работ, во время которых осуществляется монтаж бетонной крепи. Помимо проведения взрывных работ любая остановка погрузочного оборудования, например, для профилактики или ремонта автоматически останавливает процесс возведения крепи, что дополнительно ограничивает скорость проходки ствола шахты или неизбежно сказывается на качестве крепи. По мере увеличения глубины проходки требуются значительные усилия для решения указанных проблем и большее время.

Известен механизированный комплекс для проходки вертикальных стволов горных предприятий буровзрывным или механическим способом, включающий стволопроходческий агрегат и многоэтажный проходческий полок, на котором расположены средства пневмотранспорта разрушенной породы, при этом стволопроходческий агрегат перемещается в стволе отдельно (независимо) от проходческого полка при помощи собственных опорных гидроцилиндров (домкратов), а полок перемещается по стволу при помощи тяговых лебедок, установленных на поверхности, при этом внешнее, опорное кольцо проходческого полка позволяет производить монтаж тюбингового кольца, его подъем и стыковку с тюбинговой колонной [см. описание ПМ к патенту РФ №137573].

Настоящему комплексу присущи недостатки осуществляемой им технологии (см. выше). Кроме этого, применение пневмотранспорта для удаления разрушенной породы в составе стволопроходческого агрегата требует гарантированной калибровки породы, что в случае применения взрывной технологии можно обеспечить использованием дополнительных устройств для разрушения полученных обломков, что усложняет конструкцию комплекса. При этом следует учесть, что все оборудование, независимо от перспективы его использования должно находиться на подвешенном полке. В результате, производительность комплекса увеличится незначительно, а затраты энергии на его обслуживание будут значительно выше необходимых.

Известно устройство для сооружения вертикальных шахтных стволов, включающее двухъярусный проходческий полок, снабженный стопорами и жесткими направляющими, механизм перемещения устройства, кольцевой опорный кондуктор с монорельсами, распорными винтовыми устройствами и подвижной кареткой с механизмом перемещения, механизм разработки грунта, механизм погрузки грунта и механизм укладки тюбингов, при этом на каретке установлены механизм разработки грунта и механизм погрузки грунта, причем механизм разработки грунта смонтирован на нижнем конце вертикального вала, шарнирно закрепленного в центральной части подвижной каретки с возможностью перемещения вместе с кареткой по кольцевому опорному кондуктору и разработки всей площади забоя шахтного ствола и выполнен со сменными породоразрабатывающими органами, ниже двухъярусного полка смонтирован третий кольцевой монорельс, на котором установлен с возможностью перемещения по нему механизм укладки тюбингов, выполненный в виде гибкого кондуктора, установленного на монорельсе с возможностью огибания кольцевого опорного кондуктора и совмещения болтовых отверстий стыкуемых тюбингов [См. описание изобретения к патенту РФ №2141030].

Несмотря на многоуровневую конструкцию устройства и теоретическую возможность одновременного проведения работ по разрушению грунта, его отгрузке и установке тюбинговой крепи, невозможно вести работы очередного этапа, если предыдущие этапы не завершены (и об этом упоминалось выше). Как правило, весь комплекс этих работ проводится силами одной бригады. В итоге нерационально увеличивается время проходки ствола.

Задача, решаемая вторым изобретением группы и достигаемый технический результат, в части технического решения стволопроходческого комбайна, заключаются в увеличении скорости проходки вертикальных шахтных стволов и стабилизации качества возведения армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой и/или бетонной крепи, что обеспечивается за счет реализации в максимальной степени принципа «параллельности» в технологическом процессе проходки шахтного ствола. Дополнительно увеличивается надежность работы комбайна.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в стволопроходческом комбайне, характеризующемся наличием породоразрушающего агрегата для разработки забоя и погрузки разрушенной породы, и расположенного над ним устройства для возведения армирующей крепи, при этом породоразрушающий агрегат для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме, в нижней части которой по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты с независимыми рабочими приводами, выполненные с возможностью взаимодействия с дном забоя, а со стороны боковой поверхности забойной рамы расположены направленные в стороны распорные домкраты, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя, а устройство для возведения армирующей крепи включает монтажную раму и содержит распорные домкраты, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя под армирующей крепью, при этом монтажная рама расположена относительно забойной рамы с возможностью сближения в процессе работы, исключающего физический контакт.

Кроме этого:

- породоразрушающий агрегат для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме с возможностью осуществлять разработку забоя и погрузку разрушенной породы в технологически самостоятельных зонах;

- монтажная рама размещена на подвесных канатах тяговых лебедок, с возможностью ступенчатого перемещения в процессе работы;

- монтажная рама содержит опорные домкраты, взаимодействующие с забойной рамой и выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения.

Известен агрегат для проходки вертикального ствола горного предприятия и монтажа гидроизолирующей тюбинговой и/или бетонной крепи, включающий опорную раму, состоящую из нескольких сегментов и представляющую собой монтажную и центрирующую площадку для установки тюбингов в вертикальном стволе горного предприятия и оборудованную средствами гидравлического привода, поворотное кольцо и, по меньшей мере, один фрезерующий орган шнекового типа, связанный с электрическим приводом и стволовую погрузочную машину [Описание полезной модели к патенту РФ №119031 от 09.04.2012, МПК E21D 1/08, опубл. 10.08.2012].

Как и все известные одноуровневые (в части размещения рабочего оборудования) проходческие комплексы настоящий агрегат ограничен в производительности, которая определяется скоростью монтажа тюбинговой (или бетонной) крепи или скоростью фрезеровки забоя с поправкой на простои, связанные с плановой работой остального забойного оборудования, например, при проходке тяжелых пород увеличивается время на их проходку и др., а также необходимостью обслуживания забойного оборудования, проходящего достаточно часто за пределами времени монтажа крепи. Отсутствие задела по проходке забоя тормозит отработанную технологию монтажа крепи, например, бетонной, и снижает общую скорость проходки. Точно так же сборка тюбингов при проходке легких грунтов будет сдерживать работу забойного оборудования.

Известно устройство для проходки вертикальных горных выработок, преимущественно, шахтных колодцев при создании лучевых дренажей или водозаборов с использованием опускной крепи, которое содержит платформу, установленную с возможностью вращения на кольцевой опоре и погрузчик, размещенный на платформе с возможностью поворота в горизонтальной плоскости [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1793057 от 18.07.1990, МКИ⁵ E21D 1/03, опубл. 07.02.1993]. После наполнения ковша производят поворот погрузчика на определенный угол. Ковш останавливается точно над подъемным сосудом, зафиксированным на платформе, фиксированное положение погрузчика и сосуда увеличивает скорость проходки выработок.

Монтаж опускной крепи технологически увязан с работой устройства для проходки, поэтому любая остановка оборудования для проходки останавливает процесс монтажа очередного фрагмента бетонной крепи. Кроме этого, устройство работает лишь на мягких обводненных грунтах с прогнозируемой геологической структурой и на выработках небольшого диаметра и глубины, например, до 50 метров, где процесс разрушения породы совмещен с процессом ее выемки, а монтаж бетонной крепи осуществляется на противоположном конце выработки - на поверхности земли. Таким образом, настоящее устройство не может быть использовано при капитальном сооружении глубоких шахтных стволов.

Известен щитовой комплекс для сооружения шахтных стволов, включающий корпус, внутри которого расположены силовые домкраты, шарнирно соединенные с пресскольцом, скользящую опалубку, соединенную посредством домкратов с нижним полком, жестко связанным с корпусом щита, и верхний полок, при этом, на нижнем полке располагается режущий (породоразрушающий) орган и погрузочный орган [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №597845 от 14.07.1969, МКИ⁵ E21D 1/03, опубл. 15.03.1978].

Недостатком настоящего комплекса является то, что существует жесткая технологическая связь между процессом разработки забоя и уборки породы с процессом возведения бетонной крепи. В случае перебоя в работе оборудования одного типа приостанавливается процесс проходки в целом, что объясняется жесткой последовательностью выполнения процессов сооружения шахтных стволов.

Задача, решаемая третьим изобретением группы и достигаемый технический результат, в части технического решения породоразрушающего агрегата стволопроходческого комбайна, заключаются в увеличении скорости проходки вертикальных шахтных стволов под армирующую (гидроизолирующую) тюбинговую и/или бетонную крепь, что обеспечивается за счет совмещения во времени и разделения в пространстве процесса разрушения породы и ее отгрузки. Снижение аварийности на агрегате увеличивает надежность его работы.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в породоразрушающем агрегате, характеризующемся наличием забойной рамы с поворотным основанием и приводом его поворота, причем в нижней части забойной рамы по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты с независимыми рабочими приводами, а со стороны боковой поверхности забойной рамы расположены направленные в стороны распорные домкраты, поворотное основание в своей нижней части содержит цапфу, расположенную со смещением к периферии, на конце которой закреплена поворотная рукоять с породоразрушающим органом, при этом поворотное основание со стороны, противоположной размещению цапфы с породоразрушающим органом, содержит сквозное окно, оснащенное поворотным кронштейном, на котором закреплен погрузочный орган с ломающейся стрелой и ковшом, причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода ковша за пределы забойной рамы при любом положении поворотного основания.

Кроме этого:

- цапфа в нижней части поворотного основания выполнена с возможностью осевого перемещения (смещения) относительно него;

- поворотный кронштейн погрузочного органа расположен в центре поворотного основания;

- породоразрушающий орган выполнен резцовым или шарошечным;

- погрузочный орган выполнен экскаваторным;

- ломающаяся поворотная стрела погрузочного органа снабжена гидромолотом.

Известен формирующий агрегат для проходки вертикальных шахтных стволов и монтажа крепи, включающий разборную опорную раму, представляющую площадку для монтажа тюбинговой колонны и тюбинговых колец и состоящую из нескольких сегментов, и оборудованную автономным гидравлическим приводом, телескопическими складывающимися опорными гидроцилиндрами, а также поворотными и распирающими гидроцилиндрами и приводным фрезерующим рабочим органом, при этом опорная рама выполнена в виде трапециевидного перевернутого поддона оборудованного системой подвески его на канатах, взаимодействующих с подъемным оборудованием [Описание полезной модели к патенту РФ №127815 от 06.11.2012, МПК E21D 1/08, опубл. 10.05.2013]. В результате улучшается качество возводимой крепи.

Недостатком этого формирующего агрегата является то, что каждый раз после монтажа очередного фрагмента тюбинговой и бетонной крепи начинается самостоятельная работа по проходке забоя в глубину на величину следующего шага монтажа крепи и отгрузке разрушенной породы. Последовательность проведения работ по проходке забоя и монтажу крепи снижает общую скорость проходки.

Также известны другие устройства для возведения армирующей крепи, входящие в состав различных ранее упомянутых проходческих комплексов, например, устройство (формующая оболочка) для бетонирования стенок ствола, входящая в комплекс оборудования для параллельного способа проходки вертикальных шахтных стволов, представляющая собой скользящую опалубку [См. описание к а.с. СССР №1820001] и другие.

Задача, решаемая четвертым и пятым изобретениями группы, в части технического решения устройств для возведения армирующей крепи, и достигаемый технический результат заключаются в увеличении скорости проходки вертикальных шахтных стволов и стабилизации качества возведения армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой и/или бетонной крепи, что обеспечивается за счет узкой специализации исполнительного устройства на финишной операции строительства горного предприятия. Минимизация посторонних факторов при возведении крепи увеличивает надежность работы устройств.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в первом варианте устройства для возведения армирующей крепи, характеризующемся наличием монтажной рамы, со стороны боковой поверхности которой расположены направленные в стороны распорные домкраты, и которая в своей верхней части включает поворотный полок с приводом его поворота и с, по меньшей мере, одним, оснащенным раструбом-ограждением сквозным отверстием, при этом поворотный полок в своей средней части оснащен поворотным кронштейном с закрепленной на нем ломающейся стрелой с оконечником, причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода оконечника за пределы монтажной рамы при любом положении поворотного кронштейна.

Кроме этого:

- верхняя часть монтажной рамы содержит подвижный монтажный полок для поджатия тюбингов;

- монтажная рама в своей нижней части включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения;

- монтажная рама в своей верхней части включает элементы крепления подвесных канатов тяговых лебедок;

- поворотный кронштейн ломающейся стрелы с оконечником расположен в центре поворотного полка;

- оконечник выполнен в виде кранового крюка или манипулятора;

- монтажная рама в своей верхней части за пределами поворотного полка снабжена опалубкой и гидроцилиндрами его поджатия в направлении стенок ствола шахты.

Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата во втором варианте устройства для возведения армирующей крепи, характеризующемся наличием монтажной рамы, которая в своей нижней части включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, а со стороны боковой поверхности включает направленные в стороны распорные домкраты, при этом монтажная рама в своей верхней части содержит опалубку с гидроцилиндрами ее поджатия в направлении стенок ствола шахты и стационарный полок с, по меньшей мере, двумя, оснащенными раструбами-ограждениями сквозными отверстиями.

Кроме этого, опорные домкраты выполнены с возможностью одновременного ступенчатого перемещения

Группа изобретений иллюстрируется чертежами, где:

- на фиг. 1 показан общий вид (характерное положение) стволопроходческого комбайна в разрезе с запасом хода между устройством для возведения армирующей крепи и породоразрушающим агрегатом, взаимодействующих между собой посредством опорных домкратов;

- на фиг. 2 - вид А фиг 1, - вид породоразрушающего агрегата снизу;

- на фиг. 3 - вид Б фиг 1, - вид породоразрушающего агрегата сверху с проекциями зон разработки забоя и уборки разрушенной породы;

- на фиг. 4 показана позиция В фиг. 1 - привод поворотного основания забойной рамы;

- на фиг. 5 изображено сечение Г-Г фиг. 1 - конструкция размещения цапфы поворотной рукояти породоразрушающего органа в поворотном основании забойной рамы;

- на фиг. 6 показан вид Д фиг. 1, - вид устройства для возведения армирующей крепи сверху;

- на фиг. 7 показана позиция Ε фиг. 1 - привод поворотного полка монтажной рамы;

- на фиг. 8 показан общий вид (характерное положение) стволопроходческого комбайна фиг. 1 в разрезе с запасом хода в виде разработанного в глубину забоя;

- на фиг. 9 показан общий вид стволопроходческого комбайна в разрезе с устройством для возведения армирующей крепи, монтажная рама которого размещена на подвесных канатах тяговых лебедок;

- на фиг. 10 - общий вид стволопроходческого комбайна фиг. 1 в разрезе с устройством для возведения армирующей крепи, оснащенном опалубкой, монтажная рама которого опирается на забойную раму посредством опорных домкратов;

- на фиг. 11 - общий вид стволопроходческого комбайна в разрезе с традиционным устройством для возведения армирующей крепи (показано условно), оснащенным опорными домкратами для взаимодействия с забойной рамой;

- на фиг. 12 - общий вид модернизированного стволопроходческого комбайна в разрезе с традиционным устройством для возведения армирующей крепи (показано условно), размещенном на подвесных канатах тяговых лебедок.

Стволопроходческий комбайн включает породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы, и расположенное над ним устройство 2 для возведения тюбинговой 3 и/или бетонной 3′ армирующей крепи, при этом породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме 4, в нижней части которой по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты 5 с независимыми рабочими приводами (условно не показаны), выполненные с возможностью взаимодействия с дном забоя, а со стороны боковой поверхности забойной рамы 4 расположены направленные в стороны распорные домкраты 6, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя, а устройство 2 для возведения армирующей крепи 3 или 3′ включает монтажную раму 7 и содержит распорные домкраты 8, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя под армирующей крепью 3 или 3′, при этом монтажная рама 7 расположена относительно забойной рамы 4 с возможностью сближения в процессе работы, исключающего физический контакт.

Породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме 4 с возможностью осуществлять разработку забоя и погрузку разрушенной породы в технологически самостоятельных зонах 9 и 10. Монтажная рама 7 может быть размещена на подвесных канатах 11 тяговых лебедок с возможностью ступенчатого перемещения в процессе работы в глубину забоя, или может содержать опорные домкраты 12, взаимодействующие с забойной рамой 4 и выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, также в глубину забоя.

Таким образом, способ сооружения шахтного ствола включает этапы разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы, и этапы сборки и пошагового возведения тюбинговой 3 и/или бетонной 3′ армирующей крепи, причем каждый этап разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы осуществляют независимо от этапов сборки и установки армирующей крепи 3 или 3′, при этом между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи 3 или 3′ поддерживают запас хода технологического оборудования, в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора Δ для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи 3 или 3′ в размере, по меньшей мере, одного шага возведения армирующей крепи 3 или 3′. Разработку забоя и уборку разрушенной породы осуществляют одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах 9 и 10, при этом разработку забоя в глубину осуществляют послойно резцами и/или шарошками, и/или гидромолотами.

Породоразрушающий агрегат 1, в том числе и как самостоятельное изделие, включает забойную раму 4 с поворотным основанием 13 и приводом 14 его поворота, причем в нижней части забойной рамы 4 по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты 5 с независимыми рабочими приводами, а со стороны боковой поверхности забойной рамы 4 расположены направленные в стороны распорные домкраты 6, поворотное основание 13 в своей нижней части содержит цапфу 15, расположенную со смещением к периферии (т.е. от центра основания 13), на конце которой закреплена поворотная рукоять 16 с породоразрушающим органом 17, при этом поворотное основание 13 со стороны противоположной размещению цапфы 15 с породоразрушающим органом 17 содержит сквозное окно 18, оснащенное поворотным кронштейном 19, на котором закреплен погрузочный орган с ломающейся стрелой 20 и ковшом 21, причем вылет стрелы 20 выполнен с возможностью выхода ковша 21 за пределы забойной рамы 4 при любом положении поворотного основания 13.

Цапфа 15 в нижней части поворотного основания 13 выполнена с возможностью осевого перемещения относительно него, при этом породоразрушающий орган 17 может быть выполнен резцовым (т.н. режущий барабан 22), или шарошечным и т.д. (условно не показаны).

Поворотный кронштейн 19 погрузочного органа расположен в центре поворотного основания 13, при этом сам погрузочный орган выполнен экскаваторным (экскаваторного типа, как и показано на фигурах), причем его ломающаяся поворотная стрела 20 снабжена гидромолотом 23.

Первый вариант устройства 2 (в том числе и как самостоятельного изделия) для возведения армирующей крепи 3 или 3′ содержит монтажную раму 7, со стороны боковой поверхности которой расположены направленные в стороны распорные домкраты 8, и которая в своей верхней части включает поворотный полок 24 с приводом 25 его поворота и с, по меньшей мере, одним, оснащенным раструбом-ограждением 26 сквозным отверстием 27, при этом поворотный полок 24 в своей средней части оснащен поворотным кронштейном 28 с закрепленной на нем ломающейся стрелой 29 с оконечником 30, причем вылет стрелы 29 выполнен с возможностью выхода оконечника 30 за пределы монтажной рамы 7 при любом положении поворотного кронштейна 28.

Верхняя часть монтажной рамы 7 содержит подвижный монтажный полок 31 для поджатия тюбингов 3, а нижняя часть включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты 12, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения. Кроме этого, монтажная рама 7 в своей верхней части может включать элементы крепления 32 подвесных канатов 11 тяговых лебедок (условно не показаны). Дополнительно, монтажная рама 7 в своей верхней части за пределами поворотного полка 24 может быть снабжена опалубкой 33 и гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты.

Поворотный кронштейн 28 ломающейся стрелы 29 с оконечником 30 расположен в центре поворотного полка 24 - на одинаковом расстоянии до места монтажа тюбингов 3, при этом оконечник 30 выполнен в виде кранового крюка (снабжен крюком - как показано на фигурах) или манипулятора (условно не показан).

Второй вариант устройства 2-2′ (в том числе и как самостоятельного изделия) для возведения исключительно бетонной армирующей крепи 3′ включает монтажную раму 7′, которая в своей нижней части содержит расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты 12, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, а со стороны боковой поверхности содержит направленные в стороны распорные домкраты 8, при этом монтажная рама 7′ в своей верхней части содержит опалубку 33 с гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты и стационарный полок 35 с, по меньшей мере, двумя, оснащенными раструбами-ограждениями 26 сквозными отверстиями 27.

Проанализируем существенные признаки изобретений.

В способе сооружения шахтного ствола каждый этап разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы осуществляют независимо от этапов сборки и установки тюбинговой 3 или бетонной 3′ армирующей крепи, при этом между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи поддерживают запас хода технологического оборудования, в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора Δ для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ в размере, по меньшей мере, одного шага возведения армирующей крепи 3 и/или 3′. Это означает, что разработка забоя в глубину и уборка разрушенной породы разнесены в пространстве и во времени со сборкой и установкой армирующей крепи 3 или 3′. Таким образом обеспечивается возможность каждой единице специального технологического оборудования - 1 и 2 (2′), - выполнять свою функцию независимо друг от друга, т.е. параллельно. Это обеспечивает одновременно высокую производительность проходки и качественное возведение армирующей крепи 3 и/или 3′, поскольку эти процессы не пересекаются, а это, в свою очередь, отражается на надежности работы оборудования.

Безусловно, элементы параллельности можно наблюдать практически во всех известных способах сооружения шахтных стволов, однако это происходит кратковременно и при жестком соблюдении ряда условий, например, таких, как стабилизация ранее отработанной технологии на одинаково податливых породах, совпадении скоростей разработки забоя и возведения крепи, безаварийной работе оборудования, использовании нового (неизношенного) инструмента, взаимозаменяемости обслуживающего персонала, исключение аварийных ситуаций, состоявшееся проведение ремонтно-профилактических мероприятий и т.д. В реальных условиях сооружения шахтных стволов, особенно глубоких, одновременное соблюдение и выполнение всех этих условий является затруднительным. В перспективе такая технология делает возможным проведение модернизации на любых строящихся стволах, для чего требуется провести модернизацию хотя бы одного технологического передела при сохранении другого. Например, имеющееся стволопроходческое оборудование продолжает осуществлять разработку забоя в глубину и уборку разрушенной породы, но при этом оснащается самостоятельным (зависимым только технологически) устройством 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′, или, наоборот - имеющееся оборудование продолжает осуществлять возведение армирующей крепи 3 и/или 3′, но при этом оснащается так же самостоятельным породоразрушающим агрегатом 1 для разработки забоя в глубину и погрузки разрушенной породы в специально предназначенные для этого бадьи 36. Высвободившиеся функции модернизируемого стволопроходческого оборудования консервируются или демонтируются.

Также увеличению скорости проходки ствола способствует то, что разработку забоя в глубину и уборку из забоя разрушенной породы осуществляют одновременно, но раздельно - в технологически самостоятельных зонах 9 и 10, соответственно, - что позволяет в максимальной степени исключить физический контакт исполнительных механизмов в процессе их самостоятельной работы, а значит существенно снизить аварийность работы оборудования. При этом сохраняются широкие возможности для выбора технологии, как правило, послойной, разрушения породы (разработки забоя), например, резцами, шарошками или гидромолотами.

Таким образом, реализация способа дополнительно увеличивает надежность работы оборудования.

Стволопроходческий комбайн, несмотря на кажущуюся «самостоятельность» работы его породоразрушающего агрегата 1 и устройства для возведения армирующей крепи 2 или 2′, представляет собой технологическую линию, где, в отличие от «классической» поточной линии, технологические операции перемещаются относительно объекта труда (ствола шахты), а ритмом обработки является утвержденная скорость (ритм) возведения армирующей (гидроизолирующей) крепи 3 и/или 3′ в конструктивно и технологически законченном виде. И если предположить о возможности самостоятельной проходки на первом этапе шахтного ствола на всю его глубину с последующим демонтажем проходческого оборудования, а потом, на втором этапе самостоятельное возведение армирующей крепи 3 и/или 3′, то такая технология может быть реализована на относительно неглубоких шахтах, однако, когда глубина шахтного ствола (к тому же большого диаметра) составляет сотни и тысячи метров проходческое оборудование и оборудование для возведения армирующей крепи необходимо объединить в технологическую линию.

В результате комбайн выполнен двухуровневым и включает породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы в бадьи 36, и расположенное над ним определенным образом - на втором уровне, - устройство 2 или 2′ для возведения тюбинговой 3 и/или бетонной 3′ армирующей крепи, что позволяет реализовать вышеописанный способ сооружения шахтного ствола.

Породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме 4, в нижней части которой по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты 5 с независимыми рабочими приводами, выполненные с возможностью взаимодействия с дном забоя. Таким образом, породоразрушающий агрегат 1 изначально выполнен невисячим, в виде самостоятельного устройства, опирающегося на дно забоя с возможностью многовариантного и разноуровневого копирования его рельефа. Со стороны боковой поверхности забойной рамы 4 расположены направленные в стороны распорные домкраты 6, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя, что позволяет центрировать агрегат 1 относительно оси ствола (впоследствии тем самым обеспечивается равномерность общей (суммарной) толщины стенки армирующей крепи 3 или 3′, что также стабилизирует ее качественные показатели. Теоретически распорные домкраты 6 способны удерживать породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы в подвешенном состоянии - без помощи опорных домкратов 5, но это создаст трудности при его плавном перемещении на очередной шаг в глубину забоя. Тем не менее, в ряде случаев агрегат 1 можно оставить подвешенным на распорных домкратах 6 и таким образом освободится пространство забоя для беспрепятственного прохождения породоразрушающего органа 17 (22), для беспрепятственной работы ковша 21 погрузочного органа или, например, для проведения ремонтно-профилактических мероприятий и т.д.

Устройство 2 или 2′ для возведения армирующей крепи смонтировано на монтажной раме 7 или 7′ и содержит распорные домкраты 8, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя под армирующей крепью 3 и/или 3′. Тем самым обеспечивается центрирование устройства 2 или 2′ относительно оси ствола и его надежная фиксация, достаточная для компенсации разнообразных рабочих и нештатных нагрузок, что в совокупности с «соосным» забоем обеспечит его требуемые и стабильные качественные показатели после возведения армирующей крепи 3 и/или 3′.

Наиболее важные преимущества стволопроходческого комбайна по сравнению с известными конструкциями того же назначения проявляются в том, что монтажная рама 7 или 7′ устройства 2 и/или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ расположена относительно забойной рамы 4 породоразрушающего агрегата 1 с возможностью сближения в процессе работы, исключающего физический контакт, как самих рам 7 и 4, так и их разнообразных рабочих органов и исполнительных механизмов. Наличие физического контакта предусматривает последовательность проведения этапов разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и этапов сборки и установки тюбинговой 3 или бетонной 3′ армирующей крепи, что снижает скорость проходки шахтного ствола и может повлиять на качественные характеристики крепи 3 и/или 3′, например, доставленный на большую глубину бетон не залит вовремя в затюбинговое пространство или в опалубку 33 и т.д. Ситуацию усугубляют, например, непредвиденная остановка породоразрушающего агрегата 1, снижение скорости разработки забоя и/или погрузки разрушенной породы в бадью 36 и т.д. Именно поэтому устройство 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и породоразрушающий агрегат 1 в процессе работы располагаются на некотором удалении друг от друга. Минимальное расстояние между ними определяется возможностью гарантированного смещения устройства 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ на очередной, последующий шаг. За время возведения этого участка (шага) армирующей крепи 3 или 3′ породоразрушающий агрегат 1 для разработки забоя и погрузки разрушенной породы сместится на такую глубину, что станет возможным беспрепятственное смещение устройства 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ на очередной шаг. Максимальное расстояние между устройством 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и породоразрушающим агрегатом 1 может быть любым, но практически ограничивается требованиями техники безопасности, вытекающими из устойчивости стенок разработанной части шахтного ствола.

Именно перечисленные признаки обеспечивают комбайну высокую скорость проходки вертикальных шахтных стволов и максимально возможное стабильное качество возведения армирующей (гидроизолирующей) крепи 3 и/или 3′.

Возможность ступенчатого сближения в процессе работы устройства 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ с породоразрушающим агрегатом 1 обеспечивается тем, что монтажная рама 7 или 7′ устройства 2 или 2′ размещается на самостоятельных подвесных канатах 11 тяговых лебедок или монтажную раму 7 или 7′ оснащают опорными домкратами 12, которые имеют возможность взаимодействовать с забойной рамой 4, обеспечивая необходимую дистанцию между функционально самостоятельными элементами. При этом опорные домкраты 12 монтажной рамы 7 способны заменить собою канаты 11 тяговых лебедок. Это весьма актуально при работе на больших глубинах (500 м и более), когда достаточно тяжелое устройство 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ совершает в процессе смещения на очередную рабочую позицию помимо неизбежных поперечных перемещений в пределах стенок забоя еще и неконтролируемые возвратно-поступательные перемещения в пределах упругих растягивающих деформаций подвесных канатов 11, что может привести к порче элементов дорогостоящего оборудования и возведенной крепи 3 и/или 3′.

Решению поставленной задачи также способствует возможность осуществлять разработку забоя и погрузку разрушенной породы породоразрушающим агрегатом 1 в технологически самостоятельных зонах 9 и 10. Поскольку все это существенно влияет на снижение количества возможных аварийных ситуаций, то таким образом увеличивается надежность работы технологического оборудования и стволопроходческого комбайна в целом.

Породоразрушающий агрегат 1 включает забойную раму 4 с поворотным основанием 13 и приводом его поворота 14. Неподвижная при работе рама 4 является базой, она обеспечивает устойчивость агрегата 1 в работе и является своеобразным калибром шахтного ствола. Поворотное основание 13 обеспечивает на горизонтальном уровне реализацию всех технологических функций породоразрушающего агрегата 1 в пределах габаритов забойной рамы 4 и вплоть до стенок забоя. В нижней части забойной рамы 4 по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты 5 с независимыми рабочими приводами. Это указывает на то, что агрегат 1 не связан с канатной системой шахтного ствола и способен последовательно разрабатывать забой, имея гарантированную опору на его дно, независимо от разрабатываемого рельефа и глубины. Настоящая функция особенно актуальна при работе на шахтных стволах большой, практически неограниченной, глубины и большого диаметра.

Со стороны боковой поверхности забойной рамы 4 расположены направленные в стороны распорные домкраты 6, которые, как упоминалось выше, позволяют центрировать агрегат 1 относительно оси ствола и, при необходимости, удерживать его в подвешенном состоянии.

Поворотное основание 13 в своей нижней части содержит цапфу 15, выполненную с возможностью осевого перемещения (смещения) относительно него, например, за счет шлицевого соединения, и расположенную со смещением к периферии (от центра), на конце которой закреплена поворотная рукоять 16 с породоразрушающим органом 17 (22). Технологические возможности поворотного породоразрушающего органа 17 (22) и поворотного основания 13 обеспечивают разработку всей площади забоя, несмотря на небольшой вылет породоразрушающего органа 17 (22), благодаря чему были существенно снижены консольные нагрузки на цапфу 15. Продольное - вдоль оси, - смещение цапфы 15 увеличивает возможности агрегата 1 в части более глубокой послойной разработки забоя при одном фиксированном положении монтажной рамы 4, что увеличивает скорость проходки.

Поворотное основание 13 со стороны противоположной размещению цапфы 15 с породоразрушающим органом 17 (22) содержит сквозное окно 18, оснащенное, например, в своей верхней части, поворотным кронштейном 19, на котором закреплен погрузочный орган с ломающейся стрелой 20 и ковшом 21. Таким образом, свободное от породоразрушающего органа 17 (22) пространство занято погрузочным оборудованием, причем вылет стрелы 20 выполнен с возможностью выхода ковша 21 за пределы забойной рамы 4 при любом положении поворотного основания 13, а поскольку поворотный кронштейн 19 погрузочного органа расположен в центре поворотного основания 13, то появляется возможность отгружать разрушенную породу в достаточно большом пространстве забоя, находящемся в пределах сквозного отверстия 18, при этом все рабочие движения погрузочного органа стандартизованы (т.е. являются типовыми - из одного центра от периферии забоя и обратно).

Размещение цапфы 15 с поворотной рукоятью 16 со смещением к периферии поворотного основания 13 и наличие в последнем с противоположной от цапфы 15 стороны сквозного окна 18 с поворотным кронштейном 19, формирует специализированные технологические зоны - разработки забоя 9 и погрузки разрушенной породы 10. Это позволяет, практически, исключить случайное аварийное взаимодействие соответствующих исполнительных органов в процессе совместной одновременной работы, делающей работу породоразрушающего агрегата 1 более производительной. Имеющаяся незначительная область пересечения двух рабочих зон 9 и 10 может быть проконтролирована средствами автоматики - при обработке центра забоя породоразрушающим органом 17 (22) включается ограничение на движение ломающейся стрелы 20 погрузочного органа, в результате чего ковш 21 останавливается на установленной границе, при этом сохраняется возможность беспрепятственного извлечения породы, в том числе с периферических участков забоя, ее дробления, при необходимости, и дальнейшей погрузки породы в бадью 36.

Установленный на породоразрушающем агрегате 1 породоразрушающий орган 17 может оснащаться, в зависимости от геологических особенностей породы, фрезерным (режущий барабан 22), резцовым или шарошечным инструментом, при этом поворотная ломающаяся стрела 20 погрузочного органа может снабжаться гидромолотом 23, что делает возможным разрушение таких пород, которые не смог разрушить основной рабочий орган 17 (22), однако преимущественно он используется для размельчения особо крупных кусков породы, что ускоряет ее отгрузку. Как показал опыт, наиболее производительной является отгрузка разрушенной породы экскаваторным ковшом 21.

Устройство для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ по первому варианту содержит монтажную раму 7, со стороны боковой поверхности которой расположены направленные в стороны распорные домкраты 8, что позволяет отрегулировать соосность армирующей крепи 3 и/или 3′ шахтному стволу независимо от точности разработки забоя породоразрушающим агрегатом 1 и, кроме этого надежно зафиксировать устройство для удержания его в промежуточном положении с сопутствующей компенсацией различных усилий, возникающих при работе оборудования.

В верхней части монтажной рамы 7 размещен поворотный полок 24 с приводом 25 его поворота с, по меньшей мере, одним, оснащенным раструбом-ограждением 26 сквозным отверстием 27. Это позволяет подавать бадью 36 для отгрузки разрушенной породы в любую точку забоя и беспрепятственно эвакуировать ее, и в то же самое время ограждает рабочий и обслуживающий персонал от случайного попадания в опасное отверстие 27.

Поворотный полок 24 в своей средней части, но предпочтительно в центре, оснащен поворотным кронштейном 28 с закрепленной на нем ломающейся стрелой 29 с оконечником 30, причем вылет стрелы 29 выполнен с возможностью выхода оконечника 30 за пределы монтажной рамы 7 при любом положении поворотного кронштейна 28, зависящем от положения поворотного полка 24. Оконечник 30 ломающейся стрелы 29 может быть выполнен в виде кранового крюка (изображен на чертежах) или манипулятора (условно не показан), что позволяет одинаково успешно производить качественную сборку тюбинговой крепи 3 и манипулировать единичными секциями тюбингов.

Верхняя часть монтажной рамы 7 содержит подвижный монтажный полок 31 для поджатия собранного ряда тюбингов 3 к верхнему ряду ранее собранных тюбингов 3, что позволяет выбрать имеющиеся зазоры и произвести качественную сборку крепи.

По одному из исполнений устройства 2 для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ его монтажная рама 7 в своей нижней части содержит расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты 12, выполненные с возможностью контакта и одновременного ступенчатого перемещения относительно забойной рамы 4 породоразрушающего агрегата 1 (т.н. невисячая конструкция).

По другому исполнению - монтажная рама 7 в своей верхней части содержит элементы крепления 32 подвесных канатов 11 тяговых лебедок (т.н. висячая конструкция).

Кроме этого, монтажная рама 7 в своей верхней части за пределами поворотного полка 24, например, непосредственно на монтажном полке 32 для поджатия тюбингов 3, может быть снабжена опалубкой 33 и гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты. Таким образом, расширяются технологические возможности устройства 2 для возведения армирующей тюбинговой крепи 3. Бывает так, что, например, шахтный ствол армируют тюбингами 3, но часть ствола по ряду причин армируют бетоном 3′ и далее снова продолжают армировать тюбингами 3. Настоящее устройство 2 позволяет с минимальными усилиями и затратами произвести переналадку оборудования на измененную технологию армирования.

Устройство 2′ для возведения армирующей крепи 3′ по второму варианту содержит монтажную раму 7′, со стороны боковой поверхности которой расположены направленные в стороны распорные домкраты 8, а в своей верхней части рама 7′ содержит опалубку 33 с гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты и стационарный (т.е. неподвижный, не вращающийся в отличие от первого варианта) полок 35 с, по меньшей мере, двумя, оснащенными раструбами-ограждениями 26 сквозными отверстиями 27, которые из-за неподвижности полка 35 расширяют возможности доставки бадьи 36 в нужное место на дне забоя. Как видно, настоящие признаки присущи многим известным устройствам аналогичного назначения, однако благодаря оснащению монтажной рамы 7′ в ее нижней части расположенными по периметру направленными вниз опорными домкратами 12 (при отсутствии подвесных канатов 11), выполненными с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, заявленное устройство 2′ приобретает новые эксплуатационные возможности - способность контролировать запас хода до породоразрушающего агрегата 1 (держаться на расстоянии, обеспечивающем безостановочную работу), что положительно отразится на качестве возведения армирующей (гидроизолирующей) бетонной крепи 3′. Тем самым, так же, как и в первом варианте, реализуется инновационная технология, когда разработку забоя в глубину и уборку разрушенной породы будет можно осуществлять независимо от этапов сборки и установки армирующей крепи 3′ (см. выше) и наоборот.

Следует отметить, что способ сооружения шахтного ствола, выполненный согласно настоящему изобретению может быть реализован на существующем (известном, типовом) горнопроходческом оборудовании. Для этого нужно произвести хотя бы частичную модернизацию любого известного стволопроходческого комбайна путем замещения его породоразрушающего и отгрузочного оборудования на породоразрушающий агрегат 1, выполненный согласно изобретению, оставив при этом «родное» оборудование для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′, или произвести частичную модернизацию путем замещения оборудования для возведения армирующей крепи на аналогичное устройство 2 или 2′, выполненное согласно изобретению, оставив при этом «родное» породоразрушающее оборудование. Во всех случаях можно будет повысить производительность проходки и стабилизировать качество возведения армирующей крепи 3 и/или 3′, однако получить наибольшую производительность проходки, получить наиболее стабильное качество возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и обеспечить более высокую надежность работы оборудования можно лишь при использовании всех изобретений группы.

Реализацию изобретений рассмотрим на следующих примерах.

Пример 1. Общий случай возведения шахтного ствола с армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой крепью 3.

Предполагается, что все предварительные мероприятия и работы по строительству вертикального шахтного ствола выполнены.

В исходном положении стволопроходческого комбайна его породоразрушающий агрегат 1 располагается внизу забоя и опирается на его дно посредством опорных домкратов 5, штоки которых частично втянуты вовнутрь цилиндров - т.н. нижнее положение. Штоки распорных домкратов 6 выдвинуты в направлении стенок забоя с таким расчетам, чтобы надежно зафиксировать забойную раму 4 соосно стволу шахты. Цапфа 15 породоразрушающего органа 17 (22) втянута в поворотное основание 13. Поворотная рукоять 16 занимает крайнее положение, например, со смещением к центру забойной рамы 4. Погрузочный орган с ломающейся стрелой 20 и ковшом 21 находится в нерабочем состоянии. Бадья 36 в забое отсутствует.

Также, в исходном положении стволопроходческого комбайна его устройство 2 для возведения армирующей крепи находится на некотором удалении от породоразрушающего агрегата 1, исключающем физический контакт работающего технологического оборудования, при этом штоки распорных домкратов 8 упираются в стенку ствола, фиксируя монтажную раму 7 соосно стволу шахты, при этом монтажная рама 7 своими опорными домкратами 12, опирается на забойную раму 4, причем следует отметить два характерных положения обеих рам - монтажной 7 и забойной 4 относительно друг друга. В самом нижнем положении монтажной рамы 7 относительно забойной рамы 4 штоки опорных домкратов 12 втянуты в цилиндры, при этом между верхней частью монтажной рамы 7 и нижней границей тюбинговой крепи 3 имеется рабочее пространство для установки очередного кольца из единичных тюбингов 3. В самом верхнем положении (или одном из нескольких верхних положений) монтажной рамы 7 штоки опорных домкратов 12 выдвинуты из цилиндров на всю длину (или выдвинуты на часть длины), что позволяет ступенчато опустить монтажную раму 7 в сторону забойной рамы 4 один или несколько раз для формирования рабочего пространства для установки очередного кольца из единичных тюбингов 3, при этом процесс монтажа тюбингов 3 происходит независимо от работы породоразрушающего агрегата 1.

Работа породоразрушающего агрегата 1 происходит следующим образом.

Включается привод породоразрушающего органа, например, режущего барабана 22, и привод 37 поступательного движения цапфы 15 поворотной рукояти 16. Породоразрушающий орган 22 заглубляется в породу на заданную глубину, после чего поворотная рукоять 16 за счет привода 38 начинает движение из одного крайнего положения в другое, при этом шток одного из опорных домкратов 5, находящийся на пути следования породоразрушающего органа 22 втягивается в цилиндр, освобождая место для беспрепятственной механической обработки забоя. Породоразрушающий орган 22 продолжает вращение. Достигнув крайнего положения, включается привод 14 поворотного основания 13 забойной рамы 4. Пройдя расстояние примерно равное диаметру породоразрушающего органа 22, поворотное основание 13 останавливается и включается привод 38 движения рукояти 16 в очередное крайнее положение. Так продолжается несколько раз, пока часть забоя не будет заполнена измельченной (разрушенной) породой, достаточной для начала работы погрузочного органа (экскаватора). В забой через раструб-ограждение 26 сквозного отверстия 27 поворотного полка 24 устройства 2 для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и через сквозное окно 18 поворотного основания 13 породоразрушающего агрегата 1 подают подвешенную на канате бадью 36. Начинается процесс ее заполнения ковшом 21 погрузочного органа. При необходимости крупные куски породы дробятся на более мелкие с помощью гидромолота 23, размещенного на поворотной ломающейся стреле 20 погрузочного органа.

Породоразрушающий орган, оснащенный необходимым породоразрушающим инструментом - режущим барабаном 22, - продолжает разрушать породу, при этом штоки очередных опорных домкратов 5 втягиваются в цилиндры, освобождая место забоя под разработку породы, а штоки домкратов 5, под которыми порода удалена вновь выдвигаются, но уже на большую длину - с поправкой на разработанную глубину забоя.

Породоразрушающий и погрузочный органы работают в технологически самостоятельных зонах 9 и 10, но имеющих небольшую зону пересечения, поэтому в момент, когда породоразрушающий орган 22 входит в зону работы ковша 21 погрузочного органа срабатывает автоматика, ограничивающая дальнейшее складывание ломающейся стрелы 20 с ковшом 21. В это время ковшом 21 обрабатывают периферию забоя - подвигая остатки породы от стенки ближе к центру или разрушая крупные куски породы установленным на стреле 20 гидромолотом 23. По выходе породоразрушающего органа 22 из зоны работы ковша 21 погрузочного органа, последний продолжает свою работу без технологических ограничений.

Заполненную бадью 36 с помощью каната и лебедки удаляют из забоя на поверхность земли и в забой спускают пустую бадью 36.

Процесс разработки забоя ведется непрерывно до тех пор, пока не будет разработана вся площадь забоя и не будет удалена вся разрушенная порода вместе с бадьей 36. В случае если породоразрушающий орган 22 подошел к скальным породам поворотную рукоять 16 оснащают шарошечным инструментом (условно не показан) и таким образом осуществляют проходку сложного участка. Безусловно, скорость проходки упадет, но учитывая запас хода Δ между породоразрушающим агрегатом 1 и устройством 2 для возведения армирующей крепи 3, последнее не будет остановлено. Впоследствии запас хода Δ снова будет доведен до нормы - технологически установленной величины. После всего, включая смену и замену инструмента, породоразрушающий орган 17, а именно, режущий барабан 22 переводится в крайнее «центральное» положение, а погрузочный орган с ломающейся стрелой 20 и ковшом 21 переводят в нерабочее состояние.

Снова включают породоразрушающий орган 22, после чего включают привод 37 цапфы 15 поворотной рукояти 16 до момента заглубления породоразрушающего органа 22 на очередной шаг. Далее процесс разработки забоя повторяет описанный выше и так до тех пор, пока цапфа 16 не исчерпает свой ресурс на выдвижение в крайнее нижнее положение.

После этого цапфа 16 втягивается приводом 37 поступательного движения в поворотное основание 13, а погрузочный орган переводится в нерабочее состояние. Штоки распорных домкратов 6 забойной рамы 4 втягиваются в цилиндры. Штоки опорных домкратов 5 также начинают втягиваться и породоразрушающий агрегат 1 начинает опускаться на следующую позицию вглубь забоя. Одновременно с этим выдвигаются штоки опорных домкратов 12 монтажной рамы 7 устройства 2 для возведения армирующей крепи 3, сохраняя гарантированную механическую связь (опору) с забойной рамой 4.

При опускании породоразрушающего агрегата 1 может быть включен породоразрушающий орган, что позволит агрегату 1 опуститься в забой еще ниже - на величину высоты, в данном случае, режущего барабана 22, - а, значит, увеличить шаг проходки.

Как только породоразрушающий агрегат 1 опустится на установленный уровень, снова включаются распорные домкраты 6, надежно фиксируя забойную раму 4 соосно стволу шахты.

Процесс разработки забоя и отгрузки разрушенной породы повторяется.

При необходимости породоразрушающий агрегат 1 останавливают для проведения ремонтно-профилактических и других мероприятий или смены инструмента. Все это происходит при плановой безостановочной работе устройства 2.

Независимо от этого происходит параллельное возведение армирующей крепи 3.

Работа устройства 2 для возведения, как упоминалось выше, тюбинговой крепи 3 происходит следующим образом.

С поверхности земли с помощью канатов, в том числе оснащенных бадьями 36, в шахту спускают элементы тюбинговой крепи 3 и складывают на поворотном полке 24. С помощью кранового оборудования - поворотной и ломающейся стрелы 29 с оконечником 30 (крановым крюком или манипулятором), из единичных тюбинговых элементов 3 по периметру ствола шахты, например, на монтажном полке 31, оснащенном приводом 39 поджатия, собирают тюбинговое кольцо. Для этого тюбинговые элементы 3 либо подтаскивают к месту установки используя тросы, либо устанавливают непосредственно под соответствующим ответным элементом уже возведенной крепи 3. Собранное кольцо ориентировано таким образом, что при включении привода 39 поджатия монтажного полка 31 оно соединится с уже смонтированными тюбингами и соответствующие отверстия нижних фланцев тюбинговой крепи 3 и верхних фланцев тюбингового кольца полностью совпадут или совпадут с частичным смещением, допускающим, тем не менее, установку крепежных элементов. После установки крепежных элементов по утвержденной методике, монтажный полок 31 можно опустить. Используя средства механизации, осуществляют окончательную сборку тюбингов вновь смонтированного кольца с тюбингами нижнего уровня ранее смонтированной крепи 3. Проводят герметизацию стыков в местах контакта соседних тюбинговых элементов 3. Затюбинговое пространство заполняется тампонажным раствором.

В это же самое время через раструб-ограждение 26 сквозного отверстия 27 в подвижном полке 24 монтажной рамы 7 в забой опускают бадьи 36 и выносят на поверхность земли разрушенную породу. Учитывая тот факт, что подвижное основание 13 забойной рамы 4 породоразрушающего агрегата 1 проворачивается в процессе разработки забоя с помощью привода 14, его сквозное окно 18 также смещается, а это требует, чтобы бадья 36 под действием силы тяжести была беспрепятственно установлена в нужное место на дне забоя. Для этого подвижный полок 24 монтажной рамы 7 может быть оснащен, например, двумя или более сквозными отверстиями 27, оснащенными раструбами-ограждениями 26 для свободного прохода бадьи 36 и защищенного от случайного попадания в него рабочего персонала и, кроме этого полок 24 может проворачиваться вокруг собственной оси в монтажной раме 7 с помощью привода 25, обеспечивая беспрепятственную установку бадьи 36 на дне забоя и эвакуацию породы.

После сборки очередного шага тюбинговой крепи 3 и заполнения затюбингового пространства тампонажным раствором штоки распорных домкратов 8 втягиваются внутрь цилиндров. Устройство 2 для возведения армирующей крепи 3 остается стоящим своими опорными домкратами 12 на забойной раме 4 породоразрушающего агрегата 1, который продолжает независимую самостоятельную работу. Далее штоки опорных домкратов 12 втягиваются внутрь собственных цилиндров на величину шага возведения очередного ряда элементов тюбинговой крепи 3, включающего необходимый технологический зазор. Если расстояние между рамами 4 и 7 большое, то смещение устройства будет частичным - только для установки очередного ряда тюбингов. При этом остается возможность после монтажа нового шага тюбинговой крепи 3 осуществить очередной шаг (или шаги) смещения устройства 2 при неподвижно стоящей забойной раме 4 породоразрушающего агрегата 1 (например, по причине проведения планового ремонта его рабочих органов). Если же дальнейшее смещение монтажной рамы 7 в сторону забойной рамы 4 невозможно, то следует воспользоваться возможностью смещения вглубь забоя породоразрушающего агрегата 1. Это позволит продолжить независимое от разработки забоя возведение очередного шага тюбинговой крепи 3.

После смещения устройства 2 для возведения армирующей крепи 3 на очередной шаг его монтажная рама 24 фиксируется и позиционируется распорными домкратами 8 на стенке шахтного ствола, при этом сохраняется механическая связь двух рам 7 и 4 посредством опорных домкратов 12 монтажной рамы 7. Таким образом, процесс возведения очередного шага тюбинговой крепи 3 повторяется.

Все это происходит независимо от работы или простоя породоразрушающего агрегата 1. Следует отметить, что используя настоящий способ сооружения шахтного ствола, появляется возможность прогнозировать разнообразные мероприятия, а также возможные аварийные ситуации любой единицы технологического оборудования стволопроходческого комбайна. Например, при планировании ремонтных работ следует заранее создать запас хода устройству 2 для возведения армирующей крепи 3, при случайном возникновении аварийной ситуации можно воспользоваться запасом хода Δ, который был сформирован заранее и т.д. Ситуация, когда используют последний шаг смещения устройства 2 для возведения армирующей крепи 3, не имея запаса дальнейшего хода или невозможность смещения породоразрушающего агрегата 1 вглубь забоя, является нетипичной.

В результате работа стволопроходческого комбайна сводится к тому, что процессы разрушения породы в забое и отгрузка разрушенной породы осуществляются одновременно, но в технологически самостоятельных зонах 9 и 10, и в то же самое время на некотором удалении, гарантирующем безостановочную работу технологического оборудования, происходит возведение армирующей (гидроизолирующей) крепи 3.

Пример 2. Общий случай возведения шахтного ствола по Примеру 1 с особенностями размещения устройства 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ относительно породоразрушающего агрегата 1 - на подвесных канатах 11 тяговых лебедок.

Настоящий пример предусматривает оснащение стволопроходческого комбайна устройством 2 или 2′ для возведения армирующей крепи, монтажная рама 7 или 7′ которого размещена на подвесных канатах 11 тяговых лебедок с возможностью ступенчатого перемещения в процессе работы. Монтажная рама 7 устройства 2 имеет подвижный полок 24, а монтажная рама 7′ устройства 2′ имеет стационарный полок 35. Такая конструкция комбайна характерна для проходки относительно неглубоких шахтных стволов (до 500 м), а также, может использоваться для частичной последовательной модернизации существующей стволопроходческой техники, когда в существующем комбайне производят замену собственного породоразрушающего органа или части комбайна, отвечающей за разрушение и отгрузку породы, на более современный и производительный породоразрушающий агрегат 1.

В этом случае достаточно обеспечить определенную технологическую связь основных элементов стволопроходческого комбайна, чтобы он реализовывал инновационный способ сооружения шахтного ствола. Как и в Примере 1 это независимость этапов разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы от этапов сборки и установки армирующей крепи 3 и/или 3′. При этом между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ поддерживают запас хода технологического оборудования, в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора Δ для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи в размере одного или более шагов возведения армирующей крепи 3 и/или 3′. И если в Примере 1 зазор Δ формируется за счет физического взаимодействия монтажной рамы 7 с забойной рамой 4 посредством опорных домкратов 12, то в настоящем примере зазор Δ формируется за счет согласованной и выверенной работы подвесных канатов 11 тяговых лебедок. Если в Примере 1 зазор Δ ограничен возможностями рабочих ходов опорных домкратов 12, то в настоящем примере зазор Δ ограничен, фактически, требованиями безопасности к допустимой глубине разработанного забоя, зависящей от устойчивости стенок ствола. Очевидно, что в прочных породах глубина разработанного забоя будет значительно больше глубины забоя в неустойчивых обводненных грунтах и т.д.

Так же, как и в Примере 1 устройство 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ вначале фиксируется и позиционируется распорными домкратами 8 на стенке шахтного ствола. Степень и прочность фиксации устройства 2 или 2′ на стенке ствола достаточна для производства монтажа тюбинговой 3 или бетонной 3′ крепи. В этом случае подвесные канаты 11 тяговых лебедок просто дублируют надежность фиксации упомянутого технологического передела и обеспечивают возможность смещения оборудования на очередной рабочий шаг.

В остальном работа комбайна аналогична его работе в Примере 1.

Пример 3. Особенности возведения шахтного ствола с комбинированной армирующей (гидроизолирующей) крепью 3 и 3′.

В ряде случаев при сооружении шахтного ствола требуется возведение комбинированной армирующей (гидроизолирующей) крепи 3 и 3′. Например, одна часть крепи выполняется бетонной 3′, другая часть - тюбинговой 3, или наоборот.

В этом случае устройство 2 для возведения армирующей крепи 3 и 3′ выполнено универсальным. Изначально оно оборудовано под монтаж тюбинговой крепи 3, включает поворотный полок 24 с приводом 25 его поворота, при этом монтажная рама 7 в своей верхней части - за пределами поворотного полка 24, например, на монтажном полке 31 для поджатия тюбингов 3, может быть снабжена опалубкой 33 и гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты.

Устройство 2 для возведения армирующей крепи 3 и 3′ может взаимодействовать с забойной рамой 4 породоразрушающего агрегата 1 посредством опорных домкратов 12 или быть подвешенным на канатах 11 тяговых лебедок.

Проходка шахтного ствола и возведение тюбинговой крепи 3 происходят аналогично Примеру 1.

При необходимости перехода на бетонную крепь 3′ соответствующее устройство 2 смещают вниз забоя на величину шага возведения теперь уже бетонной крепи 3′, позиционируют относительно оси ствола и фиксируют, при этом проводят необходимые мероприятия, обеспечивающие прочную механическую связь и гидроизоляционные свойства двух видов соединения - тюбингового 3 и бетонного 3′. Одновременно на монтажном полке 31 для поджатия тюбингов 3 монтируют опалубку 33 и гидроцилиндры 34 ее поджатия к стенке ранее установленной тюбинговой крепи 3. Включают гидроцилиндры 34 поджатия опалубки 33, фиксируя таким образом форму ствола и формируя замкнутую полость под заливку бетона. К опалубке 33 подводят бетонопроводную арматуру 40 и осуществляют ее связь с полостью между опалубкой 33 и стенкой ствола.

Включают подачу раствора бетона и по отработанной технологии производят заливку им выделенной замкнутой полости. После выдержки раствора он затвердевает и бетонная крепь 3′ приобретает требуемые свойства.

Производят отключение гидроцилиндров 34 поджатия и опалубка 33 отлипает от сформированного бетонного кольцевого фрагмента. Отключают гидроцилиндры распорных домкратов 8 монтажной рамы 7, производят смещение устройства 2 для возведения крепи 3 на очередной шаг в глубину забоя. Далее устройство 2 снова позиционируют, фиксируют и осуществляют монтаж очередного бетонного кольцевого фрагмента. И так далее.

Аналогичным образом, при необходимости, осуществляют обратный переход - с бетонной 3′ армирующей (гидроизолирующей) крепи на тюбинговую 3.

Пример 4. Особенности возведения шахтного ствола с армирующей (гидроизолирующей) бетонной крепью 3′.

В отличие от предыдущего Примера 3, когда в качестве устройства для возведения армирующей крепи использовалось универсальное устройство 2, позволяющее монтировать тюбинговую крепь 3 и, после переналадки, возводить бетонную крепь 3′, в настоящем примере опишем специализированное устройство 2′ для возведения исключительно бетонной армирующей крепи 3′. Настоящее устройство 2′ имеет упрощенную конструкцию, например, его монтажная рама 7′ имеет стационарный полок 35 с, как правило, двумя, оснащенными раструбами-ограждениями 26 сквозными отверстиями 27. В эти отверстия 27 последовательно или в ином порядке спускают бадьи 36 для отгрузки разрушенной породы. Монтажная рама 7′ в своей верхней части содержит опалубку 33 с гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты.

В своей нижней части монтажная рама 7′ оснащена расположенными по периметру направленными вниз опорными домкратами 12, взаимодействующими с забойной рамой 4 породоразрушающего агрегата 1 и обеспечивающими между двумя специализированными устройствами 1 и 2′ необходимую технологическую связь, что подробно описано в Примерах 1 и 2.

Допустим, что разработка забоя ведется по отработанному технологическому процессу (см. Примеры 1 и 2). Устройство 2′ для возведения бетонной крепи 3 за счет втягивания штоков опорных домкратов 12 монтажной рамы 7′ внутрь цилиндров занимает положение, характерное для возведения следующего участка бетонной крепи 3′. Опалубка 33 при этом отжата от стенок шахты, что не препятствует смещению устройства 2′ вниз по стволу. Монтажная рама 7′ (и устройство 2′ в целом) фиксируется и позиционируется распорными домкратами 8 на стенке шахтного ствола. После этого через одно из сквозных отверстий 27 стационарного полка 35 через раструб-ограждение 26 возможна подача в забой бадьи 36 для забора очередной порции разрушенной породы. Одновременно или параллельно этому опалубку 33 при помощи гидроцилиндров 34 прижимают к стенке ранее возведенной крепи 3′, фиксируя таким образом форму ствола и обеспечивая при этом необходимую герметичность сформированной между стенкой забоя и внутренней стенки опалубки 33 полости. К опалубке подводят бетонопроводную арматуру 40 и осуществляют ее связь с полостью между опалубкой 33 и стенкой ствола.

Включают подачу раствора бетона и по отработанной технологии производят заливку им выделенной полости - очередного фрагмента бетонной крепи 3′. После выдержки раствора он затвердевает и бетонная крепь 3′ приобретает требуемые прочностные и другие технологические свойства.

Далее производят отключение гидроцилиндров 34 поджатия, опалубка 33 отлипает от сформированного бетонного кольца 3′, отключают гидроцилиндры распорных домкратов 8 монтажной рамы 7′, происходит смещение устройства 2′ для возведения крепи 3′ на очередной шаг в глубину забоя. Далее устройство 2′ снова позиционируют, фиксируют и осуществляют монтаж очередного фрагмента бетонной крепи 3′. И так далее.

Независимо от этого производится разработка забоя и уборка разрушенной породы.

Дополнительно следует отметить, что возведение исключительно бетонной армирующей крепи 3′ может возводиться универсальным устройством 2, монтажная рама 7 которого, а точнее - ее монтажный полок 24, - оснащен опалубкой 33 и гидроцилиндрами 34 ее поджатия в направлении стенок ствола шахты. Возможность возведения бетонной крепи 3′ устройством 2 описана в Примере 3, при этом его параметрический резерв по возведению тюбинговой крепи 3 временно не используется.

Ранее описанные примеры реализации изобретений касались их комплексного использования. Однако получить заявленный технический результат можно в результате частичного использования изобретений, например, в результате модернизации существующих (известных) стволопроходческих комбайнов. Для этого они должны стать способными реализовывать заявленный принцип независимости разработки забоя и отгрузки разрушенной породы, и установки (возведения) армирующей крепи 3 и/или 3′. Рассмотрим это на некоторых типовых примерах.

Пример 5. Модернизация известного стволопроходческого комбайна - первый вариант.

Предположим, что известный стволопроходческий комбайн смонтирован на единой раме, в нижней части которой размещается оборудование для разрушения породы, а в верхней - оборудование для установки (возведения) армирующей крепи 3 и/или 3′. Кроме этого, на раме смонтировано некое оборудование для загрузки разрушенной породы в бадьи. Комбайн подвешен на канатах и его пошаговое смещение в глубину осуществляется с поверхности земли путем соответствующего управления работой тяговых лебедок. Существует потребность увеличить глубину сооружения шахтного ствола, сократить сроки его строительства при сохранении всех нормативных требований к качеству возведения армирующей (гидроизолирующей) крепи 3 и/или 3′.

Принимается решение модернизировать комбайн в части замены оборудования для проходки забоя и отгрузки разрушенной породы и внедрения системы управления, реализующей новый способ сооружения шахтного ствола.

Соответствующее оборудование и собственная система управления демонтируются с комбайна (или консервируются на нем). На комбайне в качестве рабочей оставляют единственную функцию - возведения армирующей крепи 3 и/или 3′. Комбайн вывешивают на подвесных канатах 11 тяговых лебедок с таким расчетом, чтобы в глубине забоя было можно произвести монтаж породоразрушающего агрегата 1, выполненного согласно изобретению.

В забой, под модернизируемый комбайн подают элементы (фрагменты, узлы, детали и пр.) породоразрушающего агрегата 1. Производят его монтаж согласно конструкторско-технологической документации. С помощью новой системы управления производят технологическую увязку смонтированного породоразрушающего агрегата 1 и «остатков» модернизируемого комбайна, отвечающих за возведение армирующей крепи 3 и/или 3′.

Работа модернизированного стволопроходческого комбайна аналогична описанной в предыдущих примерах.

Следует отметить, что в ряде случаев модернизируемый комбайн можно оснастить опорными домкратами, аналогичными домкратам 12 для осуществления управляемой механической связи с породоразрушающим агрегатом 1. Это, в частности, позволит отказаться от подвесных канатов 12 и тяговых лебедок, ограничивающих глубину проходки шахтного ствола. Таким образом, модернизированный комбайн станет способным сооружать шахтные стволы значительно большей глубины.

Пример 6. Модернизация известного стволопроходческого комбайна - второй вариант.

Как и в предыдущем примере, известный стволопроходческий комбайн смонтирован на единой раме, в нижней части которой размещается оборудование для разрушения породы, а в верхней - оборудование для установки (возведения) армирующей крепи 3 и/или 3′. На раме также смонтировано оборудование для загрузки разрушенной породы в бадьи. Комбайн подвешен на канатах и его пошаговое смещение в глубину осуществляется с поверхности земли путем соответствующего управления работой тяговых лебедок. Существует потребность сократить сроки строительства шахтного ствола при сохранении всех нормативных требований к качеству возведения армирующей (гидроизолирующей) крепи 3 и/или 3′.

Принимается решение модернизировать комбайн в части замены оборудования для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и внедрения системы управления, реализующей новый способ сооружения шахтного ствола.

Комбайн находится в подвешенном на канатах 11 состоянии. Установленные на поверхности земли тяговые лебедки будут продолжать осуществлять его пошаговое смещение в глубину разработки. Соответствующее оборудование для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и собственная система управления демонтируются с комбайна (или консервируются на нем). На комбайне в качестве рабочей оставляют единственные функции - разработку забоя и отгрузку разрушенной породы.

В забой подают элементы (фрагменты, узлы, детали и пр.) устройства 2 или 2′ для возведения армирующей тюбинговой 3 и/или бетонной 3′ крепи и над модернизируемым комбайном согласно конструкторско-технологической документации осуществляют его монтаж. С помощью новой системы управления производят технологическую увязку смонтированного устройства 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ и «остатков» модернизируемого комбайна, отвечающих за разработку забоя и отгрузку разрушенной породы.

Работа модернизированного настоящим образом стволопроходческого комбайна аналогична описанной в предыдущих примерах.

Следует отметить, что в ряде случаев устройство 2 или 2′ для возведения армирующей крепи 3 и/или 3′ может быть оснащено опорными домкратами 12 для осуществления управляемой механической связи с рамой модернизируемого комбайна. Это, в частности, позволит отказаться от вывешивания устройства 2 или 2′ для возведения крепи 3 и/или 3′ на подвесных канатах 11 тяговых лебедок. Таким образом, модернизированный комбайн станет способным сооружать шахтные стволы в более короткие сроки при сохранении стабильного качества возведения армирующей (гидроизолирующей), как тюбинговой 3, так и бетонной 3′ крепи или сочетания обоих видов крепи.

Настоящие примеры не являются исчерпывающими при реализации заявленной группы изобретений. Возможны и другие примеры, особенностью которых будет использование упомянутых существенных признаков группы изобретений в сочетаниях, обеспечивающих требуемый и достаточный для конкретных производственных целей технический результат.

Безусловно, при раскрытии примеров реализации изобретений не описывались нетипичные случаи, связанные с работой оборудования (аварийные остановки, внеплановые работы, непрогнозируемые дефекты выработок и т.д.), однако во всех случаях ущерб от их проявления не может и не должен существенно сказаться на конечном результате - надежной работе оборудования и быстром, качественном и надежном сооружении вертикальных шахтных стволов горных предприятий.

В результате использования изобретений увеличилась скорость проходки вертикальных шахтных стволов и стабилизировалось качество возведения их армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой и/или бетонной крепи. В максимальной степени реализован принцип «параллельности» в технологическом процессе проходки и строительства шахтных стволов. Увеличилась надежность работы оборудования - комбайна в целом и его исполнительных устройств, каждый из которых, как в целом, так и по отдельности решают свою часть общественной потребности в строительстве современных сооружений горных предприятий.

1. Способ сооружения шахтного ствола, включающий этапы разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и этапы сборки и пошагового возведения армирующей крепи, при этом каждый этап разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы осуществляют независимо от этапов сборки и установки армирующей крепи, отличающийся тем, что разработку забоя и уборку разрушенной породы осуществляют одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах в течение всего процесса разработки, между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи поддерживают запас хода технологического оборудования в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи в размере по меньшей мере одного шага возведения армирующей крепи, при этом запас хода технологического оборудования достигается за счет оснащения монтажной рамы опорными домкратами, которые имеют возможность взаимодействовать с забойной рамой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разработку забоя в глубину осуществляют послойно резцами, и/или шарошками, и/или гидромолотами.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что армирующая крепь выполнена тюбинговой и/или бетонной.

4. Стволопроходческий комбайн, характеризующийся наличием породоразрушающего агрегата для разработки забоя и погрузки разрушенной породы и расположенного над ним устройства для возведения армирующей крепи, при этом породоразрушающий агрегат для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме, в нижней части которой по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты с независимыми рабочими приводами, выполненные с возможностью взаимодействия с дном забоя, а со стороны боковой поверхности забойной рамы расположены направленные в стороны распорные домкраты, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя, а устройство для возведения армирующей крепи включает монтажную раму и содержит распорные домкраты, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой забоя под армирующей крепью, при этом монтажная рама расположена относительно забойной рамы с возможностью сближения в процессе работы, исключающего физический контакт.

5. Комбайн по п. 4, отличающийся тем, что породоразрушающий агрегат для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме с возможностью осуществлять разработку забоя и погрузку разрушенной породы в технологически самостоятельных зонах.

6. Комбайн по п. 4, отличающийся тем, что монтажная рама размещена на подвесных канатах тяговых лебедок с возможностью ступенчатого перемещения в процессе работы.

7. Комбайн по п. 4, отличающийся тем, что монтажная рама содержит опорные домкраты, взаимодействующие с забойной рамой и выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения.

8. Породоразрушающий агрегат, включающий забойную раму с поворотным основанием и приводом его поворота, причем в нижней части забойной рамы по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты с независимыми рабочими приводами, а со стороны боковой поверхности забойной рамы расположены направленные в стороны распорные домкраты, поворотное основание в своей нижней части содержит цапфу, расположенную со смещением к периферии, на конце которой закреплена поворотная рукоять с породоразрушающим органом, отличающийся тем, что поворотное основание со стороны, противоположной размещению цапфы с породоразрушающим органом, содержит сквозное окно, оснащенное поворотным кронштейном, на котором закреплен погрузочный орган с ломающейся стрелой и ковшом, причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода ковша за пределы забойной рамы при любом положении поворотного основания, при этом поворотный кронштейн погрузочного органа расположен в центре поворотного основания, а породоразрушающий и погрузочный органы выполнены с возможностью вести разработку забоя и уборку разрушенной породы одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах в течение всего процесса разработки.

9. Породоразрушающий агрегат по п. 8, отличающийся тем, что цапфа в нижней части поворотного основания выполнена с возможностью осевого перемещения относительно него.

10. Породоразрушающий агрегат по п. 8, отличающийся тем, что породоразрушающий орган выполнен резцовым или шарошечным.

11. Породоразрушающий агрегат по п. 8, отличающийся тем, что погрузочный орган выполнен экскаваторным.

12. Породоразрушающий агрегат по п. 8, отличающийся тем, что ломающаяся поворотная стрела погрузочного органа снабжена гидромолотом.

13. Устройство для возведения армирующей крепи, характеризующееся наличием монтажной рамы, со стороны боковой поверхности которой расположены направленные в стороны распорные домкраты и которая в своей верхней части включает поворотный полок с приводом его поворота и с по меньшей мере одним оснащенным раструбом-ограждением сквозным отверстием, при этом поворотный полок в своей средней части оснащен поворотным кронштейном с закрепленной на нем ломающейся стрелой с оконечником, причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода оконечника за пределы монтажной рамы при любом положении поворотного кронштейна.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что верхняя часть монтажной рамы содержит подвижный монтажный полок для поджатая тюбингов.

15. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что монтажная рама в своей нижней части включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения.

16. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что монтажная рама в своей верхней части включает элементы крепления подвесных канатов тяговых лебедок.

17. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что поворотный кронштейн ломающейся стрелы с оконечником расположен в центре поворотного полка.

18. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что оконечник выполнен в виде кранового крюка или манипулятора.

19. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что монтажная рама в своей верхней части за пределами поворотного полка снабжена опалубкой и гидроцилиндрами ее поджатия в направлении стенок ствола шахты.

20. Устройство для возведения армирующей крепи, характеризующееся наличием монтажной рамы, которая в своей нижней части включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, а со стороны боковой поверхности включает направленные в стороны распорные домкраты, при этом монтажная рама в своей верхней части содержит опалубку с гидроцилиндрами ее поджатия в направлении стенок ствола шахты и стационарный полок с по меньшей мере двумя оснащенными раструбами-ограждениями сквозными отверстиями.

21. Устройство для возведения армирующей крепи по п. 20, отличающееся тем, что опорные домкраты выполнены с возможностью одновременного ступенчатого перемещения.