СПОСОБ МОНТАЖА ТЮБИНГОВЫХ КОЛЕЦ И ПОДВЕС
METHOD FOR INSTALLATION OF TUBBING RINGS AND SUSPENSIONS

Группа изобретений относится к области горного дела, а именно к способам монтажа тюбинговых колец при строительстве вертикальных шахтных стволов и устройствам для осуществления монтажа тюбинговых колец.
Известен классический способ монтажа тюбинговых колец, описанный, например, в работе [Шахтное и подземное строительство: Учеб. для вузов - 2-е изд., перераб. и доп.: В 2 т. / Б.А. Картозия, Б.И. Федунец, М.Н. Шуплик и др. - М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. - Т. 1. - 607 С., с. 234]. Согласно нему возведение тюбинговой крепи осуществляют в следующей последовательности: сегменты тюбингового кольца предварительно собирают на поверхности для контрольной проверки. В ствол тюбинги спускают на траверсе, подвешенной на канате подъемной машины. Затем их перецепляют на другую траверсу, подвешенную на канате, и переводят в горизонтальное положение. Далее с помощью тельфера тюбинг перемещают по кольцевому монорельсу к месту установки, подводят под отверстия ранее навешенных тюбингов и соединяют с ними болтами. Окончательно затягивают болты после навески всех тюбингов кольца и проверки его по центральному и боковым отвесам. Затем в забое убирают породу на высоту очередного кольца тюбингов и в такой же последовательности навешивают тюбинговую крепь на полную высоту заходки.
К недостаткам данного способа относится необходимость наличия монорельса для подвода тюбингов к месту установки и осуществление стыковки каждого тюбинга к тюбинговой колонне «на весу» без предварительного выравнивания, по меньшей мере, в горизонтальном уровне. Это увеличивает вероятность погрешностей при сборке тюбингового кольца непосредственно в стволе и, соответственно, увеличивает вероятность демонтажа собранного тюбингового кольца с повторной сборкой, что снижает темпы сборки тюбинг-бетонной крепи.
Прототипом является способ, описанный в работе [Шилин А.А., Кошев Г.Я., Загвоздкин И.В. О решении проблем безопасности при возведении тюбинговой крепи в условиях сооружения вертикальных стволов на Верхнекамском месторождении калийных солей // Безопасность труда в промышленности. - 2012. - №8. - С. 41-43.]. Способ монтажа тюбинговых колец при строительстве вертикальных шахтных стволов, включающий центровку монтажной платформы относительно центральной оси выработки, поочередное опускание тюбингов на специальную плоскость настила монтажной платформы, стыковку тюбингов, после сборки всего кольца, подъем собранного тюбингового кольца гидравлическими домкратами монтажной платформы и его стыковку с тюбинговой колонной шахтного ствола. Данный способ реализуется при сборке тюбинговой крепи, обеспечивающей равномерные нагрузки на герметизирующие прокладки в процессе монтажа и отсутствие зазоров у герметизирующих прокладок по вертикальным фланцам, например, [Описание полезной модели к патенту РФ №99822 от 30.07.2010, МПК E21D 5/10, опубл. 27.11.2010, Бюл. № 33].
К недостаткам прототипа относится необходимость в точной подгонке отверстий стыкуемого кольца с отверстиями тюбинговой колонны и точном выдерживании горизонтального уровня монтажной платформы. В противном случае при стыковке вновь собранного тюбингового кольца к тюбинговой колонне тюбинговое кольцо часто теряет форму - возникает «овальность» кольца. Для минимизации данного эффекта при сборке тюбингового кольца стыки тюбингов рихтуют вручную. Затем для герметизации стыков устанавливают вертикальные и горизонтальные прокладки между отдельными тюбингами. Однако полного устранения эффекта «овальности» на практике избежать не удается. Кроме того, в случае смещения собранного кольца относительно центральной оси тюбинговой колонны, требуются дополнительные манипуляции для обеспечения соосности тюбингового кольца и тюбинговой колонны, которые в некоторых случаях приводят даже к необходимости демонтажа тюбингового кольца и его сборки заново. Таким образом, описанный способ требует высокого качества выполнения работ.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений - минимизация зависимости времени монтажа тюбингового кольца от качества выполнения работ и уменьшение вероятности передемонтажа собранного тюбингового кольца.
Достигаемый технический эффект заключается в сокращении времени, затрачиваемого на монтаж тюбинговых колец и увеличение темпов сооружения тюбинг-бетонной крепи.
Поставленная задача решается за счет того, что для стыковки вновь собранного тюбингового кольца с тюбинговой колонной в, по меньшей мере, три сквозных отверстия нижних фланцев собранного нижнего тюбингового кольца тюбинговой колонны сверху свободными концами связующих элементов вставляют подвесы со снятыми с одной стороны головками фиксаторов, пропускают свободные концы связующих элементов через сквозные отверстия верхних фланцев вновь собранного тюбингового кольца, устанавливают съемные головки фиксаторов на свободные концы связующих элементов, опускают монтажную площадку до потери контакта вновь собранного тюбингового кольца с монтажной площадкой, после чего осуществляют подъем собранного тюбингового кольца домкратами вертикального перемещения монтажной площадки и его стыковку с тюбинговой колонной шахтного ствола.
Изобретение иллюстрируется ертежами:
- на фиг. 1 изображена схема монтажной площадки и размещенных на ней тюбингов для сборки тюбингового кольца;
- на фиг. 2 изображена схема тюбингового кольца в сборе на монтажной площадке;
- на фиг. 3 изображена схема стыковки собранного тюбингового кольца и тюбинговой колонны при помощи подвесов;
- на фиг. 4 изображен подвес;
- на фиг. 5 изображено собранное тюбинговое кольцо с установленными подвесами;
- на фиг. 6 изображен процесс самовыравнивания собранного тюбингового кольца при потере контакта с монтажной площадкой механизированной монтажной платформы;
- на фиг. 7 изображен процесс поджатия собранного тюбингового кольца к тюбинговой колонне с использованием механизированной монтажной платформы;
- на фиг. 8 показан вариант реализации способа с использованием стволопроходческого комбайна;
- на фиг. 9 показан вариант реализации способа с использованием монтажной платформы, подвешенной на канаты с лебедочным приводом.
Рассмотрим принцип реализации способа на следующем примере.
к
з
з
На выровненную в горизонтальной плоскости монтажную площадку (1), установленную на расстоянии от тюбинговой колонны (2), равном высоте тюбингового кольца h и технологического зазора h, поочередно опускают тюбинги (3), которые соединяют между собой, осуществляя при этом при необходимости зачистку стыковочных поверхностей, первичное выравнивание, установку вертикальных прокладок, укладку горизонтальных прокладок. Элементы крепежа тюбингов между собой и прокладки условно не показаны. Соединенные между собой по кругу тюбинги (3) формируют тюбинговое кольцо (4). Тюбинги (3) выполнены со сквозными отверстиями (5) в, по меньшей мере, верхнем и нижнем фланцах. Через отверстия (5) в нижнем фланце нижнего кольца тюбинговой колонны (2) сверху вставляют подвес (6) свободным концом связующего элемента (7) [в примере выполненного в виде гибкого элемента - цепи; возможен вариант в жестком исполнении - например, в виде стержня], толщина которого меньше диаметра отверстия (5), со снятой головкой (8) [в примере выполненной в виде гайки] фиксатора (9) [в примере выполненного в виде натяжителя с резьбой, на которую накручивается гайка-головка (8)], также пропускают связующий элемент (7) через ближайшее отверстие (5) в верхнем фланце одного из тюбингов (3) тюбингового кольца (4). Подвес (6) упирается фиксатором (10) [в примере выполненным в виде пробки] во фланец тюбинговой колонны за счет того, что наибольший диаметр головки фиксатора (10) [в примере головка, выполненная в виде пробки, полностью представляет собой фиксатор (10)] в плоскости, перпендикулярной оси связующего элемента, больше диаметра отверстия (5). После этого снизу на фиксатор (9) устанавливается съемная головка (8). Очевидно, что для осуществления данной операции длина связующего элемента должна быть больше величины технологического зазора h. Кроме того, наибольший диаметр съемной головки (8) в плоскости, перпендикулярной оси связующего элемента, также больше диаметра соответствующего отверстия (5).
Для реализации способа достаточно, по меньшей мере, трех подвесов (6), в предпочтительной форме реализации способа установленных симметрично относительно центральной оси тюбинговой колонны, как показано на фиг. 5. Однако с учетом существующих технологий и требований безопасности рекомендуется на каждый тюбинг (3) использовать, по меньшей мере, по два подвеса (6). На фиг. 5 вновь собранное тюбинговое кольцо (4) расположено со смещением влево относительно тюбинговой колонны (2). В случае использования известных способов монтажа тюбинговых колец, в данной ситуации были бы затрачены значительное время и усилия на установление соосности между тюбинговым кольцом (4) и тюбинговой колонной (2). В предлагаемом способе монтажная площадка (1) опускается, например, на домкратах (11) вертикального перемещения до потери контакта вновь собранного тюбингового кольца (4) с монтажной площадкой (1). После потери контакта с монтажной площадкой (1) тюбинговое кольцо (4) под действием гравитационных сил стремится к состоянию равновесия и наиболее эффективной форме, то есть к соосности с тюбинговой колонной (2) и форме круга. После выравнивания тюбингового кольца (4) осуществляют его подъем, например, домкратами (11) вертикального перемещения монтажной площадки (1) и его стыковку с тюбинговой колонной шахтного ствола (2). Крепежные элементы для стыковки тюбингового кольца (4) и тюбинговой колонны (2) условно не показаны.
В примере на фиг. 6 и 7 монтажная площадка (1) является верхним этажом механизированной монтажной платформы (12), домкраты (11) которой взаимодействуют с дном ствола, как например, в прототипе или иные формы выполнения монтажной площадки (1) с домкратами (11) вертикального перемещения, например, [Описание изобретения к патенту РФ №2631061 от 24.06.2016, МПК E21D 1/08, опубл. 18.09.2017, Бюл. №26]. Однако предпочтительной формой реализации способа является использование в качестве монтажной площадки верхнего этажа стволопроходческого комбайна (13), выполненного, например, в соответствии с [Описание изобретения к патенту РФ №2592580 от 30.01.2015, МПК E21D 1/03, опубл. 27.07.2016, Бюл. №21] или [Описание изобретения к патенту РФ №2600807 от 29.09.2015, МПК E21D 1/03, опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30], как показано на фиг. 8. Кроме того, возможна форма реализации способа с использованием монтажной площадки (1), подвешенной, например, на канатах (14), например, с лебедочным приводом (15). Вертикальные перемещения монтажной площадки (1) для выполнения необходимых операций осуществляются за счет того, что лебедочный привод (15) в зависимости от направления собственного вращения увеличивает или уменьшает полезную длину канатов (14), соединенных с монтажной площадкой (1). Таким образом, изменяя вертикальное положение монтажной площадки (1) с размещенным на нем оборудованием, в том числе собранным тюбинговым кольцом (4), относительно поверхности и тюбингового кольца (2).
В результате использования изобретения минимизирована зависимость времени монтажа тюбингового кольца от качества выполнения работ и уменьшена вероятность передемонтажа собранного тюбингового кольца, что позволило сократить время, затрачиваемое на монтаж тюбинговых колец, и увеличить темпы сооружения тюбинг-бетонной крепи.