СПОСОБ ПРОХОДКИ ШАХТ ПРИ ПОМОЩИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ Советский патент 1934 года по МПК E21D1/00 

Предлагаемое изобретение касается способов проходки вертикальных шахт при помощи взрывных работ. Процесс прохождения шахт по предлагаемому способу осуществлен в двух основных вариантах. Первый вариант заключается в проходке шахты двумя забоями с уборкой породы из каждого забоя в отдельности и достигается концентрическим расположением забоев, причем верхний край центрального передового шурфа образует внутреннюю периферию верхнего кольцевого слоя забоя шахты, наружную периферию которого образует ствол шахты. По второму варианту проходка шахт ведется также двумя забоями, но с одновременной уборкой породы из обоих забоев. Уборка породы достигается переброской выброшенного из нижнего забоя грунта на верхний кольцевой забой, грунт которого подорван без выброса. С целью наиболее эффективной уборки породы из забоя, сила взрыва шпуров, используемая обычно для раздробления породы, при предлагаемом способе проходки шахт использована также и для уборки породы из забоя, причем загрузка подъемных сосудов, выдающих породу на поверхность, производится силой тяжести самой породы, поднятой силой взрыва.

Осуществление способа проходки шахты по первому варианту достигается при помощи колокола, ловителя и пушки, улавливающих породу как в передовом шурфе, так и в кольцевом слое забоя шахты. Полная переброска породы по второму варианту проходки шахт достигается при помощи цилиндра, отражательного устройства, расположенного на пути взлета породы из нижнего забоя, и бункера, образуемого стенками цилиндра со стенками шахты.

Для разрешения задачи укрепления вертикальных стенок шурфа от разрушающего действия взрыва, согласно изобретению, в шурф вводят опускной броневой колодец, прилегающий к стенкам шурфа и опускающийся по мере углубления шахты.

Наконец второй вариант проходки шахт может быть осуществлен при помощи подвесного снаряда, представляющего совокупность опускного броневого колодца, устройства для загрузки и отражательных плоскостей.

Фиг. 1 схематического чертежа изображает схему расположения забоев, колокола, пушки и ловителя первого варианта проходки шахты последовательной или раздельной уборкой породы из забоев; фиг. 2 - схему второй операции того же варианта; фиг. 3 - схему устройства того же варианта с применением бункера и отражателя; фиг. 4 - схему устройства того же варианта проходки шахты с применением опускного колодца; фиг. 5 - схему углубления верхнего забоя при выемке нижнего забоя на фиг. 4; фиг. 6 - схему устройства по первому варианту с бункером, но без отражателя; фиг. 7 - схему расположения забоев, опускного колодца, бункера и отражательного устройства по второму варианту проходки шахт с одновременной уборкой породы из обоих забоев; фиг. 8 - схему устройства подвесного снаряда для работы по второму варианту; фиг. 9 - вид его сверху; фиг. 10 - видоизменение подвесного снаряда; фиг. 11 - вид его сверху, и фиг. 12 - схему устройства о искусственным саморазгружающим бункером.

Способ проходки шахты по первому варианту, т.е. с уборкой породы раздельно или последовательно, заключается в следующем. В нижний забой передового шурфа при установленном массивном металлическом колоколе А пробуриваются по рассчитанному сечению воронки М¹ центральные наклонные и вертикальные шпуры М, наполняемые взрывчатым веществом. Колокол А, имеющий коническую поверхность и центральное выходное отверстие, устанавливается своим острым основанием по окружности сечения шахты и собственным весом опускается по мере углубления шахты. После зарядки центральных шпуров М, внутрь колокола А, снабженного приспособлением для закрепления на нем других снарядов, опускается автоматически закрепляемая с ним цилиндрическая металлическая пушка В, имеющая высоту, одинаковую с высотой колокола А, и проходящая с небольшим зазором через центральное выходное отверстие колокола А. Вслед за пушкой В опускается на колокол А и закрепляется автоматически с ним ловитель L, представляющий собой призматический сосуд с вписанным в дне круглым отверстием, соответствующим выходному отверстию колокола А. Ловитель L, снабжен амортизатором и автоматическим затвором, закрывающим вписанное в дно призмы круглое отверстие. После установки снарядов производят взрыв центральных шпуров М. При взрыве последних взорванная в воронке М′ порода устремляется в пушку В, которая направляет породу внутрь ловителя L и заполняет последний. При этом автоматический затвор в ловителе L закрывается, ловитель L с породой поднимается при помощи каната подъемной машины и вслед за ним при помощи того же каната пушка В разъединяется с колоколом А и поднимается на поверхность (фиг. 1).

Затем приступают к выемке породы, подорванной в кольце K забоя шахты. Для этого в кольцевом слое K пробуриваются радиальные шпуры K₁ в комбинации с вертикальными шпурами K₂. После зарядки шпуров K₁, K₂ опускается в воронку М¹ массивный металлический конус D, а затем опускается вновь на колокол А повитель L, При взрыве шпуров K₁, K₂ подброшенные куски породы кольца K направляются стенками колокола А и конусом D внутрь ловителя L, заполняют его, и автоматический затвор ловителя замыкается. После этого ловитель L с породой выдается на поверхность, а следом поднимают на поверхность конус D и углубление шахты продолжают первой операцией (фиг. 2).

В видоизмененном устройстве первого варианта способа прохождения шахт при помощи взрывных работ, проходка шахты ведется передовым центральным шурфом по сечению стального цилиндра А₁ устанавливаемого в центральной части забоя, концентрически по отношению периферии шахты, и наклонным забоем по кольцу K забоя шахты (фиг. 3). На забой передового шурфа опускают металлический цилиндр А¹ с двойными стенками и устанавливают на нем металлический цилиндр В¹, могущий опускаться по мере надобности между двойными стенками цилиндра А¹, При наклонном положении кольца K между стенками цилиндра В¹ и стенками шахты образуется кольцевой бункер Р. Далее над забоем устанавливают отражатель С в виде конуса, подвешенный на канате. В нижний слой М¹ устанавливают концентрические шпуры и палением с поверхности взрывают этот слой. Взорванная порода устремляется при взрыве вверх, направляемая внутренними стенками цилиндров В¹ и А¹ и при помощи конусного отражателя С заполняет бункерное пространство Р, в котором задерживается стенками цилиндра В¹. Вслед за выпалом отражатель С поднимается канатом на поверхность, а в шахту спускается цилиндрический подъемный сосуд, под действием которого металлический цилиндр В¹ опускается в кольцевое пространство между двойными стенками цилиндра А¹. Взорванные куски породы попадают из бункера Р в подъемный сосуд, загружают его полностью, после чего подъемный сосуд с породой поднимают на поверхность.

Затем приступают к выемке наклонного слоя кольца K. Для этого вновь опускается на забой нижней воронки М¹ (фиг. 3) передового шурфа цилиндр А¹ с опущенным в его кольцевое пространство цилиндром В¹. При таком положении цилиндров А¹ и В¹ верхняя окружность совмещенных цилиндров будет расположена под нижней окружностью наклонного кольцевого слоя K. Последний разбуРивается системой шпуров, после зарядки которых в цилиндр А¹ опускается подъемный сосуд. После выпала порода кольца K отбивается в подъемный сосуд, полностью улавливается последним и выдается вместе с ним на поверхность. Затем цикл повторяется.

По второму варианту проходки шахт, т.е. при одновременной уборке породы из двух забоев, в передовой шурф О (фиг. 7) помещается металлический опускной колодец А₂ сечение которого может быть круглым, квадратным, прямоугольным, многогранным и т.д., в зависимости от формы сечения ствола шахты и выбранной организации работ.

Опускной колодец А₂ в нижней своей части служит направляющим стволом для породы, взрываемой в нижнем забое М¹, а также креплением для стен центрального шурфа. В верхней же части В₂ опускного колодца стенки последнего являются стенками бункера Р₂, в котором размещается взорванная порода.

Для осуществления разгрузки бункера Р от породы верхняя часть В колодца может либо целиком опускаться в нижнюю часть колодца А, либо может иметь шлюзы, шибера, люки или иные приспособления, через которые порода попадает в подъемный сосуд. Порода из нижнего центрального забоя при соответствующей силе и характере взрыва взлетает вверх и, отражаясь от конусного отражателя С, направляется в- бункер Р₂. При различных конструктивных оформлениях отражатель О может представлять собой либо конус, либо пирамиду, либо пару отражательных плоскостей, форма которых может быть как плоской, так и криволинейной. Отражательная часть может быть связана с опускным колодцем как жестким, так и не жестким способом или может быть совершенно не связана с ним, будучи закрепленной на конце каната или в стенках шахты.

Оказавшиеся в бункере Р₂ взорванные куски породы загружаются в подъемный сосуд, который может занимать или все сечение опускного колодца А₂ или только часть его, в случае двухконцевого подъема.

Процесс проходки шахты при помощи опускного колодца А₂ ведется двумя забоями - нижним М¹ в центральном шурфе и верхним кольцевым K. Бурение шпуров ведется одновременно в двух забоях М¹ и K, паление же шпуров может вестись либо также одновременно, либо сперва в верхнем кольцевом забое K, а затем в забое М¹. При этом взрыв в забое K должен обеспечивать лишь раздробление породы, в то время как взрыв в забое М¹ должен посылать породу вверх и при помощи отражателя С направляв ее в бункер Р₂. После провертывания забоя отражатель С убирается целиком или освобождает путь подъемному сосуду путем разведения в стороны отражательных плоскостей, вращающихся на осях, или может сам служить подъемным сосудом.

При одновременной уборке породы из двух забоев может быть применен также подвесный снаряд (фиг. 8 и 10), состоящий из металлического призматического опускного колодца А₃. Последний состоит из трех частей: нижней , служащей направляющей для породы, взрываемой в центральном шурфе М¹, средней части , являющейся продолжением нижней и служащей перегородкой для бункера Р₃, и верхней части, представляющей собой раму из швеллеров RR, на которой укреплены отражательные плоскости C₃. К верхнему краю средней части прикреплена рама, из швеллеров R′R′, к выступающим концам которых укреплены железные листы, приклепанные сверху к выступающим концам балок RR. Образуемые этими листами четыре прямоугольных колонны S служат одновременно блиндажами, в которых размещаются механизмы управления отдельными частями снаряда (фиг. 9).

Средняя часть - бункерная перегородка - снабжена специальным устройством для разгрузки породы из бункера Р₃, представляющим собой либо отверстия Т в виде люков на нижних шарнирах, открываемых внутрь снаряда при помощи рычагов N, управление которыми сосредоточено в блиндаже S (фиг. 8 и 9), либо шибера F, опускание и подъем которых может быть механическим или автоматическим отхода подъемного для породы сосуда (фиг. 10 и 11). В случае механического опускания шиберов управление их механизмами помещается в блиндаже S.

Верхняя часть с отражательными плоскостями С₃ представляет собой либо опрокинутую вершиной вниз четырехгранную пирамиду (фиг. 8, 9), грани которой могут вращаться вокруг шарниров G, закрытие каковых граней до взрыва в центральном шурфе и раскрытие их после взрыва производится при помощи пневматических, электрических или ручных механизмов, расположенных в блиндаже S (фиг. 9), либо отражательные плоскости представляют собой трехгранную призму J, две грани W которой отражают в обе стороны бункера Р₃ взорванную в центральном шурфе породу. Механизмы открытия и закрытия граней W призмы J также располагаются в блиндаже S (фиг. 10 и 11). Весь снаряд подвешен на канатах и опускается по мере углубления ствола шахты.

Одной из форм выполнения устройства для уборки, производимой последовательно или раздельно из обоих забоев (первый вариант) при помощи бункера, но без отражателя, может служить опускной колодец прямоугольного или иного целесообразного сечения, нижний край которого выполнен острым для облегчения по мере углубления шурфа опускания колодца Y (фиг. 4). Несколько выше острой кромки последнего расположен внутренний кольцевой выступ y₁, предназначенный для защиты от действия взрывов шарниров ν открывающегося внутрь створками d подъемного сосуда V, опускаемого на канате внутрь колодца Y. В поднятом положении створки подъемного сосуда V удерживаются любым известным способом, примерно, распоркой Е (фиг. 4). После выпала выброшенный грунт выбивает распорку Е, при этом створки d днища смыкаются, и упавшая порода попадает в подъемный сосуд V, котором и подается на поверхность. При дальнейшей операции углубления верхнего забоя при выемке нижнего забоя необходимость в разъемном днище подъемного сосуда V отпадает, так как подорванный взрывом в кольцевом забое K грунт действием этого же взрыва сбрасывается в сосуд V (фиг. 5).

Поскольку масса породы в верхнем забое обычно в несколько раз превышает массу породы в нижнем забое, можно вести проходку шахты с бункером только для породы верхнего забоя без выброса в этот бункер породы из нижнего забоя, проходка которого ведется так же, как и в верхнем забое, т.е. с подрывом породы, но без выброса. В этом случае отпадает необходимость в отражателе, так как взорванная порода в верхнем забое загружается из бункера автоматически в подъемные сосуды, небольшое же сравнительно количество породы из нижнего забоя может быть погружено в те же сосуды вручную или иным целесообразным способом (фиг. 6).

Для производства работ без передового шурфа или с передовым шурфом предусмотрено, согласно изобретению, устройство с колоколом-отражателем и искусственным саморазгружающимся бункером и опускным колодцем для последовательного углубления обоих забоев (фиг. 12). К верхней части массивного металлического колокола D′′ с заостренной нижней кромкой, диаметр которой равен диаметру ствола шахты, прикреплено железное кольцо Е′′, представляющее собой обращенный конус того же диаметра, что и колокол D′′. Внутри последнего расположена пушка В′′ с расширенным основанием, несколько меньшим верхнего отверстия колокола D′′. Над пушкой В′′ установлен внутри кольца Е′′ металлический цилиндр Т′′, диаметр которого несколько меньше диаметра верхнего отверстия колокола D′′ и несколько больше наружного диаметра пушки В′′, для возможности телескопического опускания цилиндра Т′′ внутрь колокола. Цилиндр Т′′, удерживаемый в своем положении над пушкой В¹ при помощи пружин и т.п., образует вместе с колоколом Е′′ бункер Р для породы. Над цилиндром подвешен отражательный конус С.

При работе без передового шурфа взрывают сперва центральный забой М¹. Подорванная порода взлетает вверх и, направляемая внутренними стенками пушки В′′ и цилиндра Т′′ на отражатель С, падает в бункер Р. После этого опускают подъемный сосуд, под действием которого цилиндр Т′′ опускается внутрь колокола D′′, порода же заполняет подъемный сосуд, который поднимается на поверхность. Для взрывания кольцевого слоя K приподнимают пушку В′′, закрепляют расширенным основанием на верхней части колокола D′′, и процесс проходки ведут так же.

При работе с передовым шурфом выемка нижнего слоя М¹ ведется так же, как и при работе без передового шурфа. Для выемки же кольцевого слоя K в центральный забой М¹ опускают колодец А′′₁ так, чтобы его верхний край был опущен ниже заостренного основания колокола D′′ (фиг. 12), на верхнюю часть которого устанавливают и закрепляют пушку В′′₁, поднятую внутрь цилиндра Т′′. На дне передового шурфа О устанавливают подъемный сосуд, после чего взрывают кольцевой слой K. Порода загружается автоматически в подъемный сосуд и поднимается в нем на поверхности.

1. Способ проходки шахт при помощи взрывных работ, отличающийся тем, что подброшенную взрывом породу улавливают в особый сосуд, который служит для подъема взорванной породы на поверхность.

2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что подъемный сосуд устанавливают в передовом шурфе, с целью улавливания как породы, подброшенной при взрыве в забое передового шурфа, так и породы, подорванной в кольцевом слое забоя шахты.

3. Видоизменение способа по п.п. 1 и 2, отличающееся тем, что подброшенную взрывом породу из передового шурфа направляют сначала в пространство, ограниченное стенкой опускного колодца, вставленного в центральную часть шахты, и стенками шахты, из какового пространства ссыпают взорванную породу в подъемные сосуды.

4. Для осуществления способа по п. 1 применение массивного металлического колокола А с конической внутренней поверхностью, устанавливаемого в забое шахты, и опускаемой по мере надобности внутрь колокола и автоматически с ним закрепляемой цилиндрической металлической пушки В, каковые пушки и колокол служат: первая - для направления открываемой при взрыве центральных шпуров М породы внутрь ловителя L и второй - для направления кусков породы, отрываемых при подрывании оставшегося не взорванным кольца K, при предварительном удалении пушки В внутрь того же ловителя L, автоматически скрепляющегося с телом колокола А при посадке на последний и автоматически разъединяющегося с ним при подъеме, снабженного амортизатором и имеющего отверстие в дне, для пропуска породы, снабженное автоматическим затвором, закрывающимся после прохождения через него породы.

5. Для осуществления способа по п. 1 применение массивного металлического конуса D, устанавливаемого в забое при подрывании кольца K и служащего для направления кусков породы внутрь ловителя L.

6. Для осуществления способа по п. 3 применение устанавливаемого в забое шахты на металлическом цилиндре А¹ с двойными или ординарными стенками металлического цилиндра В′, образующего своими стенками со стенками шахты или стенками конического кольца Е бункер для породы, выбрасываемой при взрывании центральной части забоя, опоражнивание какового бункера в подъемные сосуды производится либо открыванием люков, шлюзов, шиберов или иных приспособлений для пропуска породы, устроенных в стенке цилиндров В′, либо опусканием последнего, например, в кольцевое пространство между двойными стенками цилиндра А.

7. Для осуществления способа по п. 3 применение установленного над забоем отражателя С в виде конуса, пирамиды или пары отражательных поверхностей, плоских или криволинейных, вращающихся или не вращающихся на осях, каковой отражатель может быть связан с цилиндром В′ как жестким, так и не жестким способом, или может быть совершенно не связан с ним, будучи подвешен на канате, служащем для подъема отражателя на поверхность перед выпалом шпуров, или закреплен в стенках шахты.

8. Для осуществления способа по п. 3 применение металлического спускного колодца, круглого, квадратного, прямоугольного или иного сечения, опускаемого нижней частью в передовой шурф и имеющего в верхней части приспособления для пропуска породы в подъемные сосуды, каковые приспособления выполнены в виде люков, шиберов, опускающейся и поднимающейся верхней части колодца и т.п.

9. Для осуществления способа по пп. 1-3 применение подвесного снаряда, состоящего из металлического призматического опускного колодца А₃, снабженного отверстиями Т для ссыпания из пространства Р₃ выброшенной в это пространство из забоя породы, каковые отверстия снабжены либо люками, либо шиберами, и в верхней части из швеллеров RR и R′R′, жестко связанных с колодцем, причем между выступающими концами упомянутых балок устроены блиндажи, где расположены механизмы управления люков, шиберов и т.п., а также отражательных плоскостей С₃, раскрывающихся для пропуска подъемных сосудов.

10. Для осуществления способа по пп. 1 и 2 применение стального цилиндра, отличающегося тем, что он в нижней части снабжен кольцевым выступом у₁, предохраняющим створки сосуда V от разрушения при взрыве шпуров.