RAŽBA DŮLNÍCH DĚL

Ražba horizontálních důlních děl

Pracovní cyklus ražení se skládá z operací hlavních a vedlejších. Mezi hlavní operace, které jsou nevyhnutelné k tomu, aby čelba postoupila o plánovanou délku postupu, patří:

• vrtání hornin
• rozpojování hornin
• odkliz hornin (nakládání a odtěžení)
• vyztužování důlního díla

Mezi vedlejší operace, které se provádějí v intervalu jednoho nebo několika cyklů ražby, patří:

• definitivní úprava počvy
• odvodnění díla
• úprava větrání (montáž dalších luten)
• přibližování energetických zdrojů (potrubí, kabely)
• kontrola technických parametrů díla

Vrtání

Vrtání se provádí podle pevnosti hornin příklepné (pro tvrdé horniny) nebo rotační (pro měkké horniny). Používají se buď jednotlivá vrtací kladiva nebo vrtací vozy. Pro vrtání vrtacími kladivy se používají pneumatické podpěry pro vyvození patřičného přítlaku vrtačky do vrtu.

Odtěžování

Odtěžování rubaniny z čelby je buď přerušované nebo kontinuální. Při přerušovaném odtěžování se rubanina dopravuje důlními vozy, při kontinuálním se používají pásové dopravníky, nátřasné žlaby.

Vyztužování

Pro vyztužování hlavních důlních chodeb se používá:

• ocelová výstuž (uzavřená a otevřená)
• svorníková výstuž
• stříkaný beton
• tvárnicová výstuž
• panelová výstuž
• monolitický beton

Pro vystužování chodeb kratší životnosti se používá:

• ocelová oblouková výstuž
• lichoběžníková dveřejová dřevěná výstuž
• svorníková výstuž

Ocelová výstuž se staví převážně ručně, při větších výškách z pomocného lešení. K postavení ocelové výstuže lze použít předsuvné výztuže, která spolu s ocelovými rozpínkami zajišťuje strop těsně po odstřelu a umožňuje budovat horní oblouky výztuže paralelně s nakládáním, nebo lehkého stavěče ocelové výztuže, výrobek ZAM - OKR.

Stříkaný beton se používá buď sám, nebo ve spojení s ocelovým pletivem, anebo svorníky. Nanáší se ve vrstvách 5 až 25 cm.

Tvárnicová výztuž do váhy jedné tvárnice 20 až 30 kg se staví ručně. Pro těžší tvárnice se používá mechanický ukladač. Pro ukládání tvárnic se používá dřevěné bednění.

Panelová výztuž se ukládá ukladači s kolejovým nebo závěsným pojezdem.

Monolitický beton se nepoužívá pro prostory přímo ovlivněné dobývacími pracemi. Ukládá se za posuvné bednění, které lze realizovat na kolejovém podvozku.

K zapažení výlomové hrany se používá dřevěných odkorů, tyčoviny a doloviny. U ocelové výztuže se používají železobetonové pažnice délky 70 až 120 cm, pažení z vlnitého plechu nebo pažení z ocelové mřížoviny. Podle druhu pažení, zakládacího materiálu a tlakových poměrů pažíme buď plně po celém obvodu výztuže, nebo v bocích šachovnicovitě. K tamponáži volných prostor mezi výztuží a horninou se u tvárnicové a panelové výztuže používá prostý beton.

Poddajnost ocelové výztuže je zajišťována třmenovými nebo klínovými spojkami. Nevýhodou je poměrně malá pevnost třmenového spojení. Tuto nevýhodu zčásti odstraňují třmenové unášeče nebo třmenový spoj s hlubokou spojkou. Poddajnosti u tvárnicové a panelové výztuže se dosahuje vkládáním dřevěných trámů mezi jednotlivé tvárnice nebo panely.

Definitivní úprava počvy

Kolejové lůžko se zhotovuje ze štěrku nebo vysokopecní strusky o zrnitosti 20 až 70 mm. Vrstva štěrku pod pražci musí být mocná minimálně dvojnásobek velikosti použitého zrna, minimálně ale 100 mm.

Pražce se používají impregnované dřevěné, ocelové, případně se používají kolejová plata s přivařenými pražci.

V horizontálních důlních dílech s otevřenou výztuží se voda odvádí vodními stokami. Vodní stoka musí být umístěna pod úrovní štěrkového lože a její tvar a velikost musí vyhovovat požadavku jejího samočištění a předpokládanému přítoku vody. Prefabrikované stoky se ukládají na betonové lože nebo lože z cementové malty. V horizontálních důlních dílech s uzavřenou výztuží se voda odvádí potrubím uloženým v počvě nebo na počvě díla. Potrubní řád musí být vybaven jímkami, které slouží k usazování nečistot a k přečerpávání vody. V úklonných důlních dílech se voda podle velikosti úklonu odvádí opět vodními stokami nebo potrubím.

 

Ražba úklonných důlních děl

Technologie ražení je vázána na omezení v bezpečnostních předpisech. Operace vrtání a vyztužování je stejná jako při ražení horizontálních důlních děl.

Při odklizu horniny z dovrchně ražených důlních děl do úklonu + 10o se užívá kolejový přehazovací nakladač. Při větších úklonech je vhodnější nakladač s bočním výsypem na pásovém podvozku (do + 20o), škrabákový nakladač nebo žlabový nakladač typu kachní zobák. Odtěžení se provádí vozy, pásovými dopravníky, nátřasnými bebo pevnými žlaby.

Při odklizu horniny z úpadně ražených důlních děl je používán přehazovací lžícový nakladač, škrabák nebo nakladač s bočním výsypem. Odtěžování se provádí vozy, pásovým nevo hřeblovým dopravníkem.

 

Ražení vidlic, odboček a křížů

Ražení vidlic

Ražení je možno provádět dvojím způsobem: v definitivním průřezu na plný profil nebo po předchozím vyražení předrážky. V obou případech se vidlice rozvíjí od její užší části směrem k čelu - rozdvojení.

Při použití ocelové výztuže se svislým ocelovým sloupem ocelový sloup v čele vidlice zesiluje pilíř a přenáší tlaky z nadloží. Nevýhodou tohoto typu vidlice je možnost hromadění plynů ve zvýšeném prostoru vidlice a jeho obtížná indikace. Čelo vidlice je vystuženo rovnými K profily. Dále se používá ocelová výstuž bez čelního nosného sloupu, kdy chodba přechází pozvolna do vidlice, nebo betonová výstuž v chodbách v těžkých tlakových poměrech.

Kříže a odbočky

Ocelový kříž z úhlopříčných oblouků je staticky výhodnější než kříž respový. Nevýhodou je zvětšená výška stropu a tím i výlom. Tato výztuž je vhodná pro pravoúhlé a šikmé křížení důlních děl s úhlem křížení od 90 do 75o.

Ocelový kříž na respu má menší výlom než kříž z úhlopříčných oblouků, ale rovný strop musí být masivnější konstrukce, aby přenesl tlak nadložních hornin. Délka respových nosníků nesmí přesáhnout 5 m.

Ocelové odbočky se budují výhradně na respu. Odbočka z úhlopříčných nosníků se nepoužívá pro nedostatečné opření oblouků do horniny a tím může nastat jejich vychylování.

Při výztuži křížů a oblouků z tvárnic se v místě odbočení používá kovové výztuže pro podchycení tvárnic.

 

Hloubení šachet

Hloubení postupné

Je to metoda, při níž se po vyhloubení úseku (odstavce) určité hloubky hlubičská práce přeruší a pak následuje vyztužování vyhloubeného úseku definitivní výztuží. Výztuž se staví zpětně protisměrně, tj. ode dna jámy vzhůru, až se celý prohloubený úsek vyztuží. Pak následuje opět prohlubování dalšího úseku. Délka těchto úseků může být podle horninových poměrů velmi různá. Pokud se tyto úseky prodlužují nad 1,6 m, tedy nad výšku, na níž může zedník dosáhnout, je nutno stavět zvláštní pracovní povaly, případně se použije závěsného povalu. V pevných horninách lze zvětšit výšku vyzdívaného úseku až na 40 m, je ale nutné budovat prozatimní výztuž jako ochranu proti pádu horniny.

Pracuje-li se v delších úsecích, začíná se úsek obvykle zdít tak, že se napřed zhotoví zděný cihlový, tvárnicový nebo betonový základový věnec (patka) a na něm se zdí úsek odspoda nahoru. Zdí se ze spodní etáže závěsného povalu a při tom se rozebírá postupně zdola nahoru prozatímní výztuž. Horní plošina povalu slouží současně jako napínací rám pro vodící lana okovů.

Předností postupného hloubení je minimální počet hloubících zařízení, jednoduchá organizace práce a také to, že výztuž v době, kdy není ještě dostatečně ztvrdlá, není narušována otřesy při trhacích pracech. Nedostatkem je pomalý pracovní postup.

Při postupném způsobu hloubení je podíl hloubící práce asi 65 % a definitivního vyztužování s přechodnými pracemi asi 35 % celkové doby hloubení. Maximální měsíční postupy při této metodě nepřekračují 100 m. Proto se postupné hloubení používá pouze u méně hlubokých jam menšího průřezu a s menšími přítoky vody.

Hloubení souběžné

Podstatou souběžné metody hloubení je to, že se vlastní hloubení, odtěžení horniny ze dna jámy a prozatímní vyztužování provádí současně s budováním definitivní výztuže. Souběžné hloubení vyžaduje závěsný pracovní poval, představující v jámě druhé samostatné pracoviště, z něhož se buduje definitivní výztuž. Tato metoda vyžaduje nejméně dva těžní stroje, z nichž jeden slouží k odtěžení horniny ze dna jámy a druhý pro dopravu vyztužovacího materiálu na pracovní etáž závěsného povalu.

Velkou výhodou metody souběžného hloubení proti hloubení postupnému je podstatné urychlení postupu celého hloubení. Obě pracovní operace probíhají po celou dobu hloubení paralelně s vyjímkou provádění trhacích prací.

Metoda paralelního hloubení má dvě alternativy rozličné podle druhu použité definitivní výztuže:

• hloubení souběžné protisměrné
• hloubení souběžné stejnosměrné

Při protisměrném souběžném hloubení se postupuje tak, že se ve výšce několika metrů nade dnem hloubené jámy ze závěsného pracovního povalu rozeberou jeden až dva prstence prozatímní výztuže. V těchto místech se založí základový věnec (patka). Pod patrk se vzepře napínací rám pro těžení okovem ze dna jámy. Na patku se postupně nazdívá jámová výztuž za současného rozebírání prstenců prozatímní výztuže směrem vzhůru, až se definitivní jámová výztuž spojí s předcházející patkou. V té době jiná pracovní četa hlubičů pokračuje na dně jámy s hloubením a stavěním prozatímní výztuže. Při tom se obě pracoviště od sebe vzdalují. Pracovní závěsný poval může tak maximálně dojít až do výše posledního odpočívadla lezního oddělení. Protože výška tohoto odpočívadla ode dna jámy je bezpečnostními předpisy omezena na maximálně 45 m, je tím dána i největší teoretická délka úseku pro vyztužování - 22.5 m.

U souběžného stejnosměrného hloubení se používá zavěšované výztuže (např. tybinků, betonových skruží). Používá se betonových monolitických skruží, prováděných ve 2 až 4 m odstavcích, které se betonují přímo v jámě postupně shora dolů. Takovéto monolitické skruže jsou vlastně “zavěšeny” na nerovnostech výlomu v hornině.

Na rozdíl od protisměrného souběžného hloubení dovoluje způsob zavěšování výztuže zmenšit vzájemnou vtdálenost obou pracovišť (závěsného povalu a dna jámy), která je pak v průběhu hloubení a současného vyztužování stálá. Nevýhodou je nutnost budovat dočasnou výztuž. Tato nevýhoda se ještě zvětšuje tím, že při rozebírání dočasné výztuže shora dolů je nutno pečlivě klínovat jednotlivé skruže, případně je podepírat ocelovými svorníky zavrtanými kolmo do horniny, a to již při stavění této výztuže.

Při použití těchto metod se dosahuje měsíčního postupu kolem 200 m.

Hloubení souběžné s ochranným štítem

Obtíže s prozatímní výztuží vedly k zavedení ochranného štítu místo této výztuže. Ochranné štíty jsou provedeny z tlustostěnných ocelových segmentů vylehčené konstrukce, vzájemně sešroubovaných do válce a ukončených ze dna jámy břitem. Ochranný štít je buď pevně spojen se spodní etáží hloubícího závěsného povalu nebo samostatně zavěšen na lanech.

Způsoby hloubení s použitím ochranného štítu dovolují provádět práce spojené s odtěžením horniny současně s budováním definitivní výztuže, bez použití výztuže prozatímní. Výztuž vhodná při těchto metodách je pouze výztuž zavěšovaná, tj. tybinky, ať již železobetonové, ocelolitinové nebo betonové skruže zhotovované z litého betonu. Beton je možno z povrchu přivádět na místo zpracování spádovým potrubím.

Horniny, ve kterých se provádí hloubení musí být stálé, nesmějí se sesypávat a tlačit na štít. Rychlost hloubení musí být poměrně velká, protože časový faktor stálosti hornin zde hraje značnou roli - může dojít k zablokování štítu uvolněnými horninami. Délka štítu je u krátkých štítů 4 až 8 m, u dlouhých 18 až 20 m.

Tato metoda se uplatňuje při hloubení jam hlubších než 500 m a průměru větším než 5 m. Dosahuje se měsíčního postupu 250 - 300 m.

Hloubení polosouběžné s vyztužováním ze dna jámy

Nevýhody ochranných štítů vedly k dalšímu vývoji metod hloubení a ke spojení pracoviště hloubícího a vyztužovacího. Spojení bou pracovišť sice odstranilo nutnost stavět prozatímní výztuž nebo používat ochranný štít, ale současně zmenšilo počet pracovníků na výstavbě jámy (omezená pracovní plocha), což požaduje sladit pracovní časy obou čet. Proto se tato metoda nazývá poloparalelní.

Tato metoda se používá při zavěšování montované výztuže z ocelolitinových nebo železobetonových tybinků. Výztuž je třeba chránit před účinky trhacích prací. Při odstřelech se používá válcových zálomů pro nejmenší odhoz rubaniny. Při monolitické betonové výztuži prováděné pomocí betonovacího bednění usazovaného na dně jámy je čerstvá výztuž chráněna před účinky trhacích prací dveřovým bedněním.

Při metodě hloubení ze dna jámy se závěsný pracovní poval proti několikaetážovým těžným povalům zjednoduší na pomocný jednoetážový poval, který slouží k napínání vodících lan a zavěšení nakladačů a čerpadel. Z tohoto povalu se také montuje jámová výstroj. Betonovací dveřové bednění je zavěšeno na třech zvláštních lanech, která nejsou vedena přes hloubící věž.

Při této metodě se dosahuje měsíčních postupů až 400 m.

Při současném vystrojování jámy se na závěsný poval montují pomocné šablony pro přesné usazení průvodnic a potrubí.

Hloubení jam hnaným dřevěným nebo ocelovým pažením

Tento způsob se používal v minulosti při procházení sypkých a nepevných hornin s přítoky vody. Dnes se používá maximálně při ražbě šachtic při geologickém průzkumu. Častěji se používá hnaná ocelová výztuž, zejména při zaúsťování jam.

Hloubení jam spouštěnou výztuží

Používá se při hloubení přes vodonosné vrstvy, nepevné málo stmelené horniny, štěrky a písky, které jsou uloženy mezi nepropustnými vrstvami jílovitých nebo slínovitých hornin, umožňujících zařezávání břitu spouštěné výztuže a uzavření přítoku vody v nepropustné vrstvě.

Hloubení jam kesonováním

Závisí na charakteru vodonosných vrstev a okolních hornin a jeho použití je omezeno hranicí výšky 30 m hydrostatického tlaku vody, nad níž není práce v kesonu dovolena.

Hloubení jam pomocí snižování vodní hladiny

Může se použít buď samostatně, nebo v kombinaci se způsoby hloubení hnaným pažením, spouštěnou výztuží a kesonováním. Tento způsob lze použít při procházení vodonosných vrstev pevných trhlinových hornin nebo nepevných hornin s nepropustnou podložní vrstvou. Podmínkou úspěšného nasazení je vodopropustnost hornin vodonosného horizontu.

Hloubení jam při chemickém zpevňování hornin

Chemické zpevňování hornin při hloubení jam lze použít v horninách pevných i nepevných pro upevnění nesoudržných hornin nebo pro zamezení přítoku vody v horninách o střední propustnosti a v píscích s obsahem hlíny nad 10 až 15 %. Používají se různé epoxidové pryskyřice, asfalto-latexové emulze apod.

Hloubení jam při použití injektování a tamponování hornin cementací

Injektování hornin cementací nebo tamponování jílovými roztoky při hloubení jam lze použít zejména v méně pevných horninách pro zpevnění nesoudržných částí hornin nebo uzavření vodních komunikací a prostor. Použití způsobu injektování v horninách o malé propustnosti je neúčinné, použití v horninách s velkým objemem prostor nebo rozsáhlými komunikacemi je neekonomické.

Hloubení jam zmrazováním

Lze ho použít pro hloubení jam ve vodonosných horninách pevných i nepevných, pro mocné vrstvy i značné hloubky.

Zmrazování se provádí z vrtů vyvrtaných kolem budoucí jámy. Do vrtů je zaveden chladící roztok. Zmrazení se sleduje ve vrtu uprostřed budoucí jámy.

Hloubení jam vrtáním na plný profil

U této metody je úplně odstraněno použití trhacích prací, čímž je i sníženo narušení okolních hornin. Vrtá se v několika průměrových stupních. Vrtat lze do hloubky okolo 600 m a průměru 7,5 m s jakýmkoli vodním přítokem.

 

Hloubení slepých šachet

Slepé jámy jsou jamy, které neústí na povrch. Používá se jich k přípravě nového patra nebo k otvírce mezipatra a k pozdější těžbě nebo pomocným úkonům, jako je doprava materiálu apod.

Hloubí se obdobně jako jámy hlavní, používá se však jednodušší zařízení stanoviště, protože jde o menší průřezy i menší hloubky a stavba velkého těžního zařízení pod zemí by byla značně nákladná a mnohdy nemožná. Vlastní technologie hloubení slepých jam je obdobná s technologií hloubení normálních jam.

 

Dovrchní ražení slepých šachet

Slepé jámy se razí dovrchně v podstatě třemi různými způsoby ražení:

• dovrchní ražení s menším průřezem a následným rozšířením shora dolů
• dovrchní ražení na plný průřez s prozatímní výztuží a pozdějším stavěním výztuže definitivní
• dovrchní ražení na plný průřez s definitivní výztuží stavěnou po úsecích ihned za postupem předku

Průřez dovrchně raženého šibíku je rozdělen na několik oddělení:

• lezní oddělení pro příchod lidí
• oddělení pro větrací lutny
• oddělení pro spouštění hlušin, opatřené výpustí
• oddělení pro těžní zařízení pro dopravu materiálu na čelbu

Podle jakosti se vrtají vývrty pro trhací práce 1,5 až 2 m hluboké. Zálomové vývrty se umísťují na obvodu nad sýpkou nebo skládkou hlušiny tak, aby odlet horniny směřoval na ně a neohrožoval zbytečně ostatní oddělení. Vývrty se neodpalují pro celý průřez díla najednou, ale v několika sériích po sobě. Před odpálením se přikrývá lezní a těžní oddělení hustě šikmo nastavenou kulatinou. Hozpojená hornina se vypouští sypným oddělením a výpustí do důlních vozů nebo na odtěžovací pásový dopravník.

Sypné oddělení musí být ze všech stran obito prkny, popřípadě zevnitř ještě pobito plechem, aby tření horniny v sýpu bylo co nejmenší. Sýp musí být vždy téměř na celou výšku zaplněn rubaninou, aby volný pád horniny nepoškozoval dolní část. Aby byli lidé pracující na horní úrovni sýpu chráněni před pádem do sýpu, musí být toto oddělení chráněno ocelovým roštem. Na této mříži zůstávají po odpalu ležet větší kusy horniny, které se musí na mříži dodatečně roztloukat, aby nezůstaly zaklesnuty v sýpu nebo výpusti. Rozměr otvorů mříže je o něco menší než 1/3 nejmenšího profilu sýpu nebo výpusti.

Postupová rychlost při tomto způsobu ražení nepřekračuje 30 m za měsíc.

 

Dovrchní ražení komínů

Klasické ražení

Původní technologie ražby zahrnovala tyto operace:

• zaražení komína
• stavba komínové stolice a počáteční výdřeva všech oddělení (sypné, lezné, strojní)
• vybudování střeleckého povalu

Ta tyto operace navazovaly následující cyklické práce:

• postavení vrtacího povalu
• odvrt čelby komína
• nabíjení a zapojení okruhu pro elektrický odpal
• rozebrání a uložení vrtacího povalu
• odtěžení části rubaniny ze sypného oddělení a zajištění vstupního otvoru pod střeleckým povalem do sypného oddělení
• vlastní trhací práce
• větrání
• odtěžení přebytečné rubaniny tak, aby byl umožněn vstup do komína přes sypné oddělení
• shrabání nastřelené rubaniny po odpalu ze střeleckého povalu do sýpu a obtrhání čelby komína.

Ražení komínů s pomocnou, postupně přemísťovanou plošinou

Základem této metody je snaha nahradit dřevěnou věncovou výztuž a vytvářet jednoduché pracovní plošiny u čelby. K upevnění plošin se používá trubkové lešení, žebříková konstrukce, případně upevňovací pneumatické válce, které zároveň plošinu sklápí pod kryt při trhacích pracech.

Ražení komínů pomocí samohybných plošin

Používají se dva systémy pohybu plošin:

• pojezd po vodící kolejnici, upevněné na stěně komína
• pojezd po laně, spuštěném centrálním vrtem v ose komína

Ostatní metody ražby komínů

Metoda ražení dlouhými vrty je založena na odvrtání daného vrtného schématu v celé délce komína najednou z horní chodby. Vrty se nabíjejí a po etapách odpalují odpalují. Rubanina se odklízí nakladačí ze spodní chodby. Takto lze razit komíny do délky asi 30 m, u delších vrtů již není zajištěn přesný směr.

Metoda odvrtu komína na plný profil je použitelná do délky komína asi 150 m, opět pro nemožnost věst přesně střední vodící vrt. Vrtá se valivými dláty, které jsou vedeny pilotním vrtem v ose budoucího komína.

Obrazová příloha