Передовые технологии строительства подземных горных выработок

В марте 2025 года специалисты ТОО «SCHACHTBAU Kasachstan/ШАХТБАУ Казахстан» завершили работы по проходке вентиляционного восстающего ствола между горизонтами минус 480 м и минус 420 м методом восстающего бурения (Raise Boring) и крепления вертикальной выработки «мокрым» торкрет-бетоном в шахте «Болашак». Это объект Донского ГОКа — одного из крупнейших в мире добытчиков хромовой руды, предприятия АО «ТНК «Казхром», входящего в состав ERG.

Компания «SCHACHTBAU Kasachstan / ШАХТБАУ Казахстан» работает в республике с 2009 года, однако за плечами её специалистов гораздо больший опыт. Предприятие образовалось при совместном участии двух немецких игроков горно-строительного рынка: «ШАХТБАУ НОРДХАУЗЕН» и «ТИССЕН ШАХТБАУ», — имеющих богатые традиции и работающих в индустрии шахтостроения уже более 150 лет.

Технологическое бурение и проходка различных типов горных выработок — это ключевая компетенция компании, которая берётся за реализацию проектов и в сложных горно-геологических условиях.

Так было и в шахте «Болашак» Донского ГОКа АО «ТНК «Казхром». Проектная длина вентиляционного восстающего ствола здесь составляет 52 м, диаметр восстающего в проходке — 1,8 м. Работы шли в шахте на глубине 880 м с использованием буровой установки WIRTH HG-160-2.

Механизированный метод восстающего бурения (Raise Boring) без применения взрывных работ был выбран для строительства вертикальных и наклонных выработок. Эта технология позволяет сократить время проходческих работ в два-три раза по сравнению с традиционным буровзрывным способом. Благодаря оптимальной логистической подготовке и участию в проекте высококвалифицированных специалистов весь цикл буровых работ (бурение пилотной скважины с последующим расширением до проектного диаметра) удалось выполнить всего за 8 дней.

ТОО «ШАХТБАУ Казахстан» использовало комбинацию механизированного метода восстающего бурения с применением роботизированной установки для возведения торкрет-бетонной крепи. Такой подход позволил обойтись без постоянного присутствия рабочего персонала непосредственно в забое и в условиях незакреплённого ствола восстающей выработки на всём протяжении работ. Таким образом удалось существенно снизить риски производственного травматизма, то есть внедрение технологии способствовало повышению уровня безопасности труда.

Горные выработки в шахте «Болашак» Донского ГОКа АО «ТНК «Казхром» имеют площадь поперечного сечения порядка 21 м2, поэтому для размещения шахтной буровой установки WIRTH HG-160-2 и вспомогательного бурового оборудования потребовалось подготовить специальную камеру сечением около 40 м2. Буровая установка монтируется на подготовленное армированное бетонное основание с фиксацией рамы бурстанка с помощью анкеров.

Основное назначение рамы — равномерное распределение нагрузки на основание во время бурения/расширения.

Первый этап сооружения восстающей выработки подразумевал вертикальное бурение пилотной скважины небольшого диаметра (250,8 мм) сверху вниз до выхода долота в выработке склада ВМ нижележащего горизонта минус 480 м. Для этого специалисты применили метод продувки скважины сжатым воздухом для очистки забоя от шлама.

Использования такой технологии требовали особенности горного массива. В ходе пилотного бурения специалисты ТОО «SCHACHTBAU Kasachstan / ШАХТБАУ Казахстан» столкнулись с водопритоком, и продувка ствола обеспечила «просушку» скважины непрерывным потоком восходящего воздуха.

Геологические особенности требуют минимизировать продолжительность контакта массива с водой, чтобы снизить риск возможных геологических осложнений: отслоение массива и образование вывалов. Такой метод позволил добиться необходимых результатов и решить поставленную задачу в специфических геологических условиях. Таким образом команда «SCHACHTBAU Kasachstan / ШАХТБАУ Казахстан» в очередной раз подтвердила свой высокий профессионализм.

Вторым этапом работ стало расширение пилотной скважины до проектного диаметра (1,8 метра) методом восстающего бурения. Когда скважина достигает нижележащего горизонта, долото демонтируют, а на его место устанавливают расширитель, который приводится в движение буровой установкой, расположенной в камере вышележащего горизонта.

Далее ствол скважины разбуривают снизу вверх путём планомерного подъёма расширителя. Образовавшаяся при этом разрыхлённая горная масса осыпается по восстающей выработке вниз на почву выработки нижележащего горизонта. Далее накопленную горную массу транспортируют с помощью ПДМ к месту отгрузки.

После проведения комплекса буровых работ специалистам «SCHACHTBAU Kasachstan / ШАХТБАУ Казахстан» необходимо было обеспечить долговечность и устойчивость вентиляционно-восстающей выработки, выбрав подходящую технологию. В связи с горно-геологическими условиями, а именно фактическими показателями устойчивости пород, возникали риски обрушения стенок ствола скважины. Поэтому компания остановилась на инновационной технологии крепления — её в Казахстане применили впервые.

Крепь восстающей выработки нужно было установить в максимально короткие сроки, не допуская вывалообразования, спровоцированного длительным контактом горного массива с рудничной атмосферой. Кроме того, важно было исключить необходимость нахождения персонала в незащищённой зоне восстающей выработки.

В качестве материала крепления специалисты выбрали армированный полимерной фиброй торкрет-бетон, который быстро достигает первичной прочности, а также позволяет обеспечить надёжность и долгий срок эксплуатации выработки.

Наносили торкрет-бетон с помощью так называемой системы центробежного торкретирования. Сотрудники ТОО «SCHACHTBAU Kasachstan / ШАХТБАУ Казахстан» провели испытания, конструктивную модернизацию и необходимую оптимизацию режимов её работы, что позволило выполнить крепление вентиляционного восстающего с высокой эффективностью и в минимальные сроки. Распылительная головка приводится в движение сжатым воздухом, скорость вращения которой может достигать 2000 оборотов в минуту. Таким образом, сжатый воздух и центробежное вращение обеспечивают желаемый результат.

Текущая система позволяет достичь следующих параметров:

• объём нанесения торкрет-бетона — до 10 м3 /ч;
• толщина слоя торкрет-бетона — до 30 см;
• гранулометрический состав смеси — до 12 мм.

Торкрет-бетонная смесь подаётся из бетоносмесителя к бетононасосу, который обеспечивает непрерывную подачу смеси по бетоноводу к центробежной распылительной головке. Вся система управляется с помощью направляющих шкивов, установленных по центру над устьем ствола.

Подъём и опускание центробежной торкрет-системы в пределах ствола осуществляется с помощью лебёдки. Чтобы обеспечить достаточную скорость схватывания торкрет-бетона, систему оборудовали насосом для химических добавок и дозатором, которые автоматически подают нужное количество ускорителя схватывания в бетонную смесь.

Описанная технология обладает значительным преимуществом, так как возведение торкрет-бетонной крепи происходит в короткие сроки, что значительно сокращает время строительства. Благодаря действию центробежной силы, торкретирование осуществляется по кольцевой траектории, обеспечивая равномерное нанесение торкрет-бетона по всему периметру (360°) выработки.

В результате формируется быстровозводимая крепь в виде бетонной «трубы», которая надёжно защищает ствол от обрушений и обеспечивает необходимую устойчивость выработки.

ТОО «SCHACHTBAU Kasachstan / ШАХТБАУ Казахстан»

www.schachtbau-kaz.com
Е-mail: sbn-kas@schachtbau.de
тел.: +7 701 070 90 98
Республика Казахстан, 031100 Хромтау, ул. Окраина 2, строение 22

На правах рекламы