Создание ствола шахты для подземного рудника

СОЗДАНИЕ СТВОЛА ШАХТЫ ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА В изобретении при создании ствола шахты для подземного рудника грунт, вынутый буровой проходческой машиной (21), транспортируют вверх с помощью блока (22) манипуляций на станцию(33) перегрузки, где грунт перегружают в скипы (36), которые поднимают и опускают вдоль скиповых направляющих (38) в стволе (19) шахты для транспортировки вынутой породы в зону поверхности земли. Станция (33) перегрузки перемещается вниз с продвижением выемки. Уэбб Роки Линн, Медд Моррис Джеймс, Гоф Райан Джордж, Де Ла Вернь Джон Николас, Фирн Энди Роберт (CA), Делаббио Фредрик Кристофер (AU) Медведев В.Н. (RU) Область техники изобретения Настоящее изобретение относится к созданию стволов шахт для подземных рудников. Изобретение имеет конкретное, но не исключительное применение для создания ствола шахты рудника, через который создают доступ к действующим забоям и извлекают добытый материал после создания ствола шахты рудника, но может также применяться для создания стволов шахт другого назначения, таких как вентиляционные стволы для подземных рудников. Предпосылки изобретения Современные карстовые рудники с большими выемочными участками требуют значительного времени на разработку и весьма значительных инвестиций на начальном этапе. Оба данных фактора приводят к зависимости их финансового успеха с учетом чистой приведенной стоимости от скорости ввода в эксплуатацию. Глубокие карстовые рудники требуют входа через шахты, и создание такого входа по стволам шахт образует начальную часть разработки рудника и поэтому находится непосредственно на критическом пути проекта, т.е. до завершения начальных стволов шахт никакую другую подземную разработку начинать невозможно. Традиционно, работы проходки шахтного ствола выполняют с помощью бурения и взрывных работ для выемки породы для создания ствола и удаления вынутой породы с помощью системы очистки, выполняющей подбор вынутой породы и укладку в бадьи, поднимаемые на поверхность на тросах, проходящих в надшахтный копер и шахтный подъемник, установленные на поверхности рудника. Данная очистная операция требует квалифицированных операторов и является по своей сути опасной для горняков,присутствие которых на забое ствола шахты необходимо для управления работой оборудования в процессе создания шахты. Кроме того, скорость удаления вынутой породы является ограниченной вследствие необходимости прекращения выемки для бурения и взрывных работ, сложности погрузки материала изменяющейся крупности в бадьи и ограниченной скорости, с которой бадьи могут подниматься и опускаться при перемещении на возрастающие с продвижением проходки расстояния. Уже существуют предложения по увеличению скорости проходки путем использования бурового проходческого оборудования. Например, патент США 3965995 раскрывает решение с использованием режущего диска, вращающегося вокруг горизонтальной трубчатой опоры, при этом выбуренная порода направляется в трубчатую опору для приема в ковши на бесконечном канате, транспортирующие породу вверх к пункту разгрузки. Другим примером является патент США 4589502, раскрывающий решение с использованием устройства проходки ствола шахты, применяющего буровую проходческую машину с роторной режущей головкой и ковшовый конвейер для транспортировки выбуренной породы в питающий бункер, установленный на буровой проходческой машине, из которого выбуренная порода может направляться в скип, который краном поднимают на поверхность земли. Вместе с тем, данные известные решения по-прежнему включают в себя прямое наполнение бадьи, ковшей или скипов, следовательно,рабочая скорость и производительность таких систем ограничены необходимостью иметь такие наполняющиеся устройства на позиции, т.е., если отсутствует устройство для наполнения на позиции разгрузки в таких буровых проходческих машинах и оборудовании, машины должны временно прекращать выемку до появления на месте следующего устройства для заполнения. Настоящее изобретение обеспечивает более надежную и эффективную систему удаления, создающую непрерывную подачу вынутой породы от машин без остановки, даже если устройства для заполнения на позиции отсутствуют. Сущность изобретения Согласно изобретению создан способ удаления вынутой породы из ствола шахты во время создания ствола шахты для подземного рудника, содержащий следующие стадии: транспортировка вынутой породы вверх, по существу, непрерывно из зоны выемки ствола шахты на станцию перегрузки над зоной выемки; размещение транспортируемой вынутой породы по меньшей мере в одном накопительном бункере,установленном на станции перегрузки; циклическая выгрузка дискретных грузов вынутой породы из множества накопительных бункеров ваналогичное множество скипов, связанных с каждым из накопительных бункеров и перемещающихся вверх и вниз вдоль направляющих в стволе шахты; циклический подъем каждого скипа после приема дискретного груза вынутой породы из соответствующего бункера в зону поверхности земли, выгрузка вынутой породы из скипа в зоне поверхности земли и спуск скипа обратно на станцию перегрузки для приема дополнительно дискретного груза вынутой породы из соответствующего бункера; периодическая перестановка станции перегрузки и накопительных бункеров на последовательно перемещаемые рабочие места в стволе шахты с продолжением выемки. Можно использовать пару накопительных бункеров на станции перегрузки и пару скипов, перемещающихся вверх и вниз в стволе шахты вдоль смежных путей для поочередного приема дискретных грузов вынутой породы и их транспортировки в зону поверхности земли для выгрузки в зоне на поверхности земли и затем для возвращения вниз на станцию перегрузки. Скипы могут быть связаны с соответствующими скиповыми направляющими для перемещения вдоль путей, расположенных в боковом участке ствола шахты, имеющем площадь сечения, составляю-1 021979 щую менее 50% площади сечения ствола шахты. Вынутую породу можно транспортировать на станцию перегрузки конвейером, связанным со станцией перегрузки. Конвейер может иметь вертикально перемещающийся нижний конец, который перемещается вниз на ограниченное расстояние с выполнением выемки между периодическими перестановками станции перегрузки. Периодическое перемещение станции перегрузки можно выполнять при установке удлинений крепи ствола шахты под станцией перегрузки. Изобретением дополнительно создан способ создания ствола шахты для подземного рудника, содержащий следующие стадии: выемка грунта для создания ствола, проходящего вниз от зоны поверхности земли; удаление вынутой породы из ствола шахты вышеописанным способом. Выемку грунта можно выполнять буровой проходческой машиной, содержащей роторную врубовую головку. Ствол можно крепить поступательно крепью ствола шахты, включающей в себя направляющие для скипов, с последовательной установкой удлинений крепи и скиповых направляющих под станцией перегрузки для удлинения крепи и скиповых направляющих перед перестановкой вниз станции перегрузки. Изобретением дополнительно создано устройство для удаления вынутой породы из ствола шахты рудника во время создания ствола шахты, содержащее конвейер для транспортировки вынутой породы вверх из зоны выемки на станцию перегрузки, множество накопительных бункеров, установленных на станции перегрузки для приема вынутой породы с верхней части конвейера так, что транспортируемая вынутая порода временно хранится в бункерах для накопления статических дискретных грузов вынутой породы в бункерах, и аналогичное множество скипов, каждый из которых связан с одним из накопительных бункеров и которые периодически перемещаются вверх и вниз на скиповых направляющих в стволе шахты для приема дискретных грузов вынутой породы из соответствующего одного из накопительных бункеров на станции перегрузки для транспортировки породы в зону поверхности земли для выгрузки в зоне поверхности и возвращения на станцию перегрузки для приема следующего груза вынутой породы. Изобретением также создана система для создания ствола шахты подземного рудника, содержащая экскаватор для выемки грунта для создания ствола, проходящего вниз от зоны поверхности земли, и вышеупомянутое устройство для удаления грунта, вынутого экскаватором. Краткое описание чертежей Для более полного объяснения изобретения один конкретный вариант осуществления описан подробно ниже с использованием прилагаемых чертежей, на которых показано следующее: на фиг. 1 показана система проходки ствола шахты, сконструированная и эксплуатируемая согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 показано вертикальное сечение системы проходки ствола шахты; на фиг. 3 показано вертикальное сечение верхней части системы; на фиг. 4 и 5 показаны горизонтальные сечения верхней части системы; на фиг. 6 и 7 показана конструкция пары скипов и скиповых направляющих, включенных в состав системы. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления На чертежах показано устройство 20 бурения ствола шахты рудника, установленное в стволе 19 шахты. Устройство 20 содержит буровую проходческую машину 21 и блок 22 манипуляций с вынутой породой, установленный над буровой проходческой машиной и выполненный с возможностью приема вынутой породы от буровой проходческой машины и перегрузки в скипы для транспортировки на поверхность земли и выгрузки на надлежащее конвейерное оборудование или другой транспорт для утилизации. Буровая проходческая машина 21 имеет роторную врубовую головку 23, оснащенную режущими элементами 25 и установленную на нижнем конце основной рамы 26 машины. Врубовая головка является вращающейся вокруг вертикальной оси, так что машина выполнена с возможностью бурения, в общем, ствола цилиндрической формы. Ковшовые конвейеры 45, 46 транспортируют вынутый материал от врубовой головки вверх к блоку 22 манипуляций с породой, установленному над буровой проходческой машиной. Основная рама 26 машины может быть стабилизирована или зафиксирована в нужном положении в пробуренном стволе приведением в действие гидравлических стабилизирующих домкратов 27, 28, которые управляют верхними и нижними захватами 29, 30 для захвата боковых стен ствола шахты для стабилизации положения буровой проходческой машины в стволе шахты. Буровая проходческая машина может продвигаться вниз с шаговым продвижением основной рамы 26 при работе стабилизирующих домкратов 27, 28 и захватов 29, 30 в известном режиме. Блок 22 манипуляций с породой содержит надшахтный копер или основную раму 31, образованную рядом платформ или палуб 31 а, соединенных между собой разнесенными по периметру вертикальными стойками 32. Надшахтный копер 31 может спускаться в ствол шахты на тросах и поддерживается независимо от буровой проходческой машины 21. Блок 22 манипуляций с породой содержит станцию 33 перегрузки материала, включающую в себя пару накопительных бункеров 34, установленных рядом на надшахтном копре 31. Основная рама также несет ковшовый конвейер 46, транспортирующий вынутую породу от буровой проходческой машины 21 вверх через ствол шахты на место над станцией перегрузки, с которого конвейер выгружает вынутую породу на рампы 35 выгрузки и в бункеры 34. Конвейер 46 работает, когда врубовая головка 23 врезается для подачи вынутой породы в бункеры, и порода выгружается последовательно из бункеров в пару скипов 36, подвешенных на тросах 40, проходящих от уровня земли, и оснащенных колесами 37, которые прокатываются по вертикальным направляющим 38, прикрепленным к стволу шахты способом, описываемым ниже. Скипы 36 могут являться скипами с секторным затвором и донной разгрузкой, как показано на фиг. 6 и 7. Верх и низ каждого скипа оснащен двумя комплектами колес 37 для прокатки по трем сторонам соответствующих вертикальных направляющих 38. Каждый скип также оснащен ходовыми втулками 50 с открытым каналом с внутренним покрытием с изнашивающимися блоками для прохода вдоль направляющей. Скипы 36 работают в тандеме так, что когда один скип поднимается от станции перегрузки 33 на уровень земли, другой скип опускается на станцию погрузки. Когда скип 36 достигает станции перегрузки, нижнее перекрытие соответствующего бункера 34 перемещается в положение выгрузки породы, хранящейся в бункере, через отверстие 39 выгрузки в скип. Содержимое бункера быстро перемещается с выгрузкой заданного дискретного груза материала в скип, и нижняя дверка бункера закрывается. Каждый бункер имеет достаточную емкость для накопления породы с конвейера 46, пока скип поднимают на поверхность, его содержимое выгружается с открытием донного секторного затвора, и скип повторно опускают на станцию перегрузки для приема следующего дискретного груза материала. Скипы 36 выполнены в виде длинных прямоугольных контейнеров, которые располагаются так, что проходят вертикально вдоль боковой секции или участка 52 ствола шахты. Данная секция ствола шахты,занимающая площадь значительно меньше 50% площади сечения ствола шахты, может быть отделена от остального пространства ствола шахты стальной опалубкой, несущей скиповые направляющие 38 и вставляемой в крепь 42 ствола шахты, устанавливаемую в стволе шахты по ходу бурения. Обычно максимальная ширина бокового участка 52 ствола шахты может составлять не более одной трети диаметра ствола шахты. Как показано на фиг. 2 и 3, ствол шахты может быть оборудован вентиляционными коробами 43 и бадьями подачи или клетью 44 для доставки людей и материалов на палубы надшахтного копра 31 и основной рамы буровой проходческой машины, при этом центральная зона 51 ствола шахты остается отведенной под увеличенный отсек лифта. Поскольку скипы 36 закреплены для перемещения на направляющих, прочно прикрепленных к крепи ствола шахты посредством опалубки 41, они могут иметь весьма прочную конструкцию и могут подниматься и опускаться вдоль направляющих и внутри защитной опалубки гораздо быстрее приемных устройств, ранее использовавшихся для передачи вынутой породы на поверхность. Крепь 42 может выполняться из бетона, и для обеспечения поступательного наращивания крепи и направляющих для скипов крепь ствола шахты и скиповые направляющие можно удлинять установкой последовательных удлинений крепи и скипов направляющих ниже станции 33 перегрузки, выполняя транспортировку и перегрузку материала с опережением перемещения скипов в удлинения с продолжением проходки ствола шахты. С продолжением буровых работ в стволе шахты буровая проходческая машина может передвигаться последовательными шагами с помощью поочередной работы стабилизирующих домкратов 27, 28,обеспечивающих перемещение машины вниз по стволу. Нижний конец конвейера является вертикально удлиняющимся с перемещением нижней петли 46 а конвейера с компенсирующим перемещением верхней петли 46b для обеспечения продолжающейся транспортировки вынутой породы конвейером на станцию перегрузки и выгрузки в бункеры 34 без перемещения станции перегрузки, когда врубовая головка буровой проходческой машины и конвейер 45 перемещаются на ограниченное расстояние. В это время удлинение крепи 42 ствола шахты (не показано) может быть установлено ниже станции перегрузки, конкретнее, на платформах или палубах сразу под самыми нижними положениями скипов 36 в зоне 90 установки крепи во время текущих операций перегрузки и подъема породы. Крепь можно устанавливать напылением бетона непосредственно на поверхность пробуренного ствола с помощью канатной линии, проходящей с поверхности и подающей бетон через распределительное устройство в один или несколько, обычно два, управляемых вручную шланга нанесения. Альтернативно, бетон можно заливать в опалубку вместо напыления или крепь можно монтировать из сборных компонентов и прикреплять к стенке болтами или другим удобным средством. Удлинители скиповых направляющих и опалубку скиповых направляющих можно затем устанавливать с прочным закреплением к крепи. Блок 22 можно затем опустить так, что станция погрузки опускается и скипам 36 обеспечивается проход на удлиненные направляющие в удлиненной крепи. Если крепь наносят в ходе мокрого про-3 021979 цесса для создания бурового ствола напылением или другим средством, необходим достаточный период времени для обеспечения затвердевания бетона перед опусканием станции перегрузки. Поскольку станция перегрузки поддерживается независимо от буровой проходческой машины, ее можно перемещать шагами или, по существу, непрерывными перемещениями, которые могут совпадать или не совпадать с перемещениями буровой проходческой машины. Обычно такие перемещения должны выполнять, увязывая с необходимостью перестановки для выполнения следующего наращивания крепи ствола шахты. Изобретение обеспечивает преобразование системы перегрузки и подъема материала при продвижении ствола с использованием скипов, которые могут быть прочными и могут подниматься и опускаться быстрее, чем бадьи и другие приемные устройства без направляющих. Показанная система выполнена с возможностью перемещения вынутой породы с производительностью, равной такой, которая требуется для удаления породы в эксплуатирующемся руднике. Производительность должна зависеть от размера подъемника на поверхности и глубины ствола шахты, но обычная установка должна быть выполнена с возможностью перемещения по меньшей мере 4500 т вынутой породы в день. Соответственно станцию перегрузки и скиповое подъемное оборудование, установленное во время проходки ствола шахты, можно оставлять на месте и, следовательно, использовать впоследствии для извлечения породы на разрабатываемом эксплуатирующемся руднике. Показанная система разработана только в качестве примера и может быть значительно модифицирована с включением в состав различных устройств скиповых направляющих. Различные виды буровых проходческих машин можно использовать в устройстве или способе согласно изобретению. Такие буровые проходческие машины могут использовать различные типы режущих элементов или могут использовать способы гидравлической или других типов выемки. Выемку можно, альтернативно, выполнять с помощью бурения и работ с маломощными взрывами, например с помощью бурения небольших шпуров с малым разносом с закладкой низкоэнергетических зарядов. Вынутую породу можно собирать для транспортировки на станцию перегрузки с помощью любого подходящего средства, например средства транспортировки в виде водной суспензии. Также возможна установка на экскаваторе блока разделения материала по крупности для дробления или иного доведения крупности вынутой породы до кондиции,подходящей для загрузки на нижний конец конвейера, транспортирующего материал на станцию перегрузки. Следует понимать, что данные и многие другие модификации и изменения можно выполнять без отхода от объема изобретения и прилагаемой формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ удаления вынутой породы из ствола шахты во время создания ствола шахты для подземного рудника, содержащий следующие стадии: транспортировка вынутой породы вверх, по существу, непрерывно из зоны выемки ствола шахты на станцию перегрузки над зоной выемки; размещение транспортируемой вынутой породы по меньшей мере в одном накопительном бункере,установленном на станции перегрузки так, что транспортируемая вынутая порода временно хранится в бункерах для увеличения статических дискретных грузов породы; циклическая выгрузка дискретного груза вынутой породы из множества накопительных бункеров в аналогичное множество скипов, каждый из которых связан с каждым из накопительных бункеров и способен перемещаться вверх и вниз вдоль направляющих скипов в стволе шахты; циклический подъем каждого скипа после приема дискретного груза вынутой породы из соответствующего связанного с ним бункера в зону поверхности земли, выгрузка вынутой породы из скипа в зоне поверхности земли и спуск скипа обратно на станцию перегрузки для приема следующего дискретного груза вынутой породы из соответствующего бункера; периодическая перестановка станции перегрузки и накопительных бункеров на последовательно перемещаемые вниз рабочие места при продолжении выемки. 2. Способ по п.1, в котором используется пара накопительных бункеров на станции перегрузки и пара скипов, перемещающихся вверх и вниз в стволе шахты вдоль смежных путей для поочередного приема дискретных грузов вынутой породы и их транспортировки в зону поверхности земли для выгрузки в зоне на поверхности земли и возвращения вниз на станцию перегрузки. 3. Способ по п.1 или 2, в котором скипы связаны вертикальными направляющими для перемещения вдоль путей, расположенных в боковом участке ствола шахты, имеющем площадь сечения, составляющую менее 50% площади сечения ствола шахты. 4. Способ по любому из пп.1-3, в котором вынутую породу транспортируют на станцию перегрузки конвейером, связанным со станцией перегрузки. 5. Способ по п.4, в котором конвейер имеет вертикально перемещающийся нижний конец, который перемещается вниз на ограниченное расстояние с продолжением выемки между периодическими перестановками станции перегрузки. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором периодические перестановки станции перегрузки выполняют при установке удлинений крепи ствола шахты под станцией перегрузки. 7. Способ создания ствола шахты для подземного рудника, содержащий следующие стадии: выемка грунта для создания ствола, проходящего вниз от зоны поверхности земли; удаление вынутой породы из ствола шахты способом по любому из пп.1-6. 8. Способ по п.7, в котором выемку грунта выполняют буровой проходческой машиной. 9. Способ по п.8, в котором буровая проходческая машина содержит роторную врубовую головку. 10. Способ по п.9, в котором роторная врубовая головка имеет ряд режущих элементов, вращающихся вокруг горизонтальной оси для выемки породы из земли. 11. Способ по п.10, в котором врубовая головка вращается вокруг вертикальной оси для бурения, в общем, цилиндрического ствола. 12. Способ по любому из пп.7-11, в котором ствол крепят поступательно крепью ствола шахты,включающей в себя скиповые направляющие, для установки последовательного удлинения крепи и скиповых направляющих под станцией перегрузки для удлинения крепи и скиповых направляющих перед перестановкой вниз станции перегрузки. 13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором вынутую породу перемещают вверх из зоны выемки посредством конвейера, работающего, когда врубовая головка врезается для подачи вынутой породы в бункеры. 14. Устройство для осуществления способа удаления вынутой породы из ствола шахты рудника во время создания ствола шахты по любому из пп.1-13, содержащее конвейер для транспортировки вынутой породы вверх из зоны выемки на станцию перегрузки, множество накопительных бункеров, установленных на станции перегрузки для приема вынутой породы с верхней части конвейера так, что транспортируемая вынутая порода временно хранится в бункерах для увеличения статических дискретных грузов вынутой породой, и аналогичное множество скипов, каждый из которых связан с каждым из накопительных бункеров и способен перемещаться вверх и вниз на его направляющей в стволе шахты для цикличного приема дискретного груза вынутой породы из соответствующего одного из бункеров на станции перегрузки для его транспортировки в зону поверхности земли, выгрузки в зоне поверхности земли и возврата на станцию перегрузки для приема следующего груза вынутой породы. 15. Устройство по п.14, которое содержит пару накопительных бункеров и пару скипов. 16. Устройство по п.14 или 15, в котором скипы связаны их направляющими для перемещения вдоль путей, расположенных в боковом участке ствола шахты, имеющем площадь сечения, составляющую менее 50% площади сечения ствола шахты. 17. Устройство по любому из пп.14-16, в котором накопительные бункеры расположены на опорной раме, выполненной с возможностью периодической перестановки рамы и накопительных бункеров последовательно с перемещением вниз места работы. 18. Система для создания ствола шахты для подземного рудника, содержащая экскаватор для выемки грунта для создания ствола, проходящего вниз от зоны поверхности земли, и устройство по любому из пп.14-17 для удаления грунта, вынутого экскаватором. 19. Система по п.18, в которой экскаватор содержит роторную врубовую головку. 20. Система по п.19, в которой роторная врубовая головка имеет ряд режущих грунт элементов,вращающихся вокруг, в общем, горизонтальной оси. 21. Система по п.19 или 20, в которой врубовая головка является вращающейся вокруг вертикальной оси для образования, в общем, цилиндрического ствола. 22. Система по любому из пп.18-21, в которой экскаватор выполнен с возможностью перемещения вниз в стволе шахты рудника независимо от станции перегрузки и конвейер имеет вертикально перемещающийся нижний конец, который перемещается вниз на ограниченное расстояние с продолжением приема вынутой породы во время перемещения вниз экскаватора относительно накопительной станции. 23. Система по любому из пп.18-22, в которой станцию перегрузки располагают на надшахтном копре, а надшахтный копер спускают в шахту рудника на тросах и поддерживают независимо от буровой проходческой машины 21.