ПРОЕКТНЫЙ и НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

донецкий промстрояниипроект ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ НАДШАХТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, НАХОДЯЩИХСЯ под высоким ДАВЛЕНИЕМ

ПРОЕКТНЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ДОНЕЦКИЙ ПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ ГОССТРОЯ СССР

Утверждено:

Министерством

угольной промышленности СССР 2 августа 1979 г.

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ НАДШАХТНЫХ ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИИ,

находящихся под высоким

ДАВЛЕНИЕМ

ДОНЕЦК — 1981

ж Ой 12.831 >» X с в^- Элементы конструкций герметических сооружений

Формулы для расчета удельных прососов воздуха через элементы конструкций

---

q>K.c.2so=0,1068254h—

—0,0000276h² cj/K.c. зоо—0,00001428h—

—0,777726lh² —25,4+ V 654,2 +0,96 h

⁴"-*“-048-

qn. =11,40525+0,4425925h

Qc.t. =0,1736401b⁰.⁶

h+19,8 ^^ас==15Д q*._B. = 15,2+0,0154h

Примечание. Удельная норма врососов воздуха через элементы кон струкций определена при депрессии 1000 мм вод. ст.

конструктивной характеристикой вентиляционных сооружений, т. е. данными о площади герметических ограждений, их толщине и материале, местах установки дверей, окон, ворот, ляд, их размерах, сопряжениях отдельных элементов и способах их герметизации, о конструкциях приемных бункеров, клапанов-отверстий для прохода подъемных канатов и др.

2.3. При проектировании вентиляции новой шахты выбор вентиляторной установки должен производиться с учетом внешних утечек воздуха. На стадии техниче-

Ж

м.

ского проектирования, когда еще не уточнены конструк-тивные элементы поверхностных сооружений, эти утечки можно принимать по нормируемым, в целом для различных типов надшахтных зданий, подсосам «накоротко» в соответствии с «Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт», М., «Недра», 1975.

В период рабочего проектирования утечки воздуха уточняются и определяются для максимальной депрессии по каждому конструктивному элементу, после чего они суммируются и устанавливается расчетный подсос воздуха через все сооружения.

2.4. При проектировании реконструкции герметизирующих устройств на действующей шахте, когда тип и характеристика вентиляторной установки, а также конструктивные решения сооружения известны, рассчитываются по фактической депрессии предельно допустимые подсосы воздуха через отдельные элементы конструкций, а их сумма определяет допустимый подсос «накоротко» через все сооружение. Затем разрабатываются мероприятия по применению элементов конструкций и защитных покрытий, способствующих уменьше-

Потери воздуха (л/мин) при депрессии 1200 мм вод. ст.

! на весь на единицу объем Элементы конструкций

Площадь развертки железобетонных стен герметического копра, м2 1300 100 130000 Площадь перекрытий шлюзов и разгрузочных площадок, м2 300 60 18000 Площадь перекрытий противо-метанной камеры, м2 84 60 5040 Площадь заделки железобетонных балок и расстрелов в герметических стенах, м2 208 100 20800 Периметр примыкания, мм: перекрытий к стенам 160 40 6400 коробок ворот к стенам 120 40 4800 полотен ворот к коробкам 120 40 4800 коробок дверей к стенам 60 40 2400 полотен дверей к коробкам клапанов, уравнове- 40 40 1600 шивающих давление 24 40 960 атмосферных ляд и ляд диффузоров, а также дверей в вентиляционных каналах 240 40 9600 Площадь герметических стен, контактируемых с наружным воздухом, м2 340 100 34000 Бункеры, герметизированные слоем угля 2 45000 90000 Отверстия в клапанах для пропуска подъемных канатов 16 10000 160000 диаметром 30 мм. Площадь железобетонных стен вентиляционных каналов, м2 1200 100 (по расчету) 120000 Сопряжения вентиляционных каналов со стволом, м 12 3000 36000 Итого: 644400

нию потерь воздуха до предельно допустимых величин.

В табл. 2 приведены данные расчета внешних утечек воздуха по предельно допустимым нормам прососов через элементы конструкций башенного копра и вентиляционный канал шахты Ясиноватская-Глубокая про-

изводствснного объединения «Макеевуголь», находящиеся под высокой депрессией Н~= 465 мм вод. ст. По результатам расчета, выполненного исходя из предельных норм и применения наиболее совершенных средств борьбы с утечками воздуха, внешние подсосы с учетом коэффициента запаса не должны превышать 816 м¹/мин, что составляет 8,2% производительности вентилятора. После выполнения разработанных мероприятии по повышению герметичности конструктивных элементов герметических сооружений на шахте фактически внешние утечки воздуха составляли 7,7% от производительности вентилятора.

2.5. При приемке шахты в эксплуатацию надшахтное здание и вентиляционные устройства в канале должны быть опробованы на герметичность путем создания в сети (подающий ствол — горные выработки — выдающий ствол) необходимого сопротивления, соответствующего минимальному проектно-расчетному эквивалентному отверстию при помощи перемычки с окном.

Измерив депрессию и дебиты шахты и вентилятора, можно подсчитать получающиеся при этой нагрузке утечки, которые не должны превышать допустимые нормы прососов для данного типа герметизации устья вентиляционного ствола.

3.3.    Рекомендуется применять следующие типы фундаментов:

для башен с несущими стенами — ленточные, коробчатые и плитные (как правило, применяются плитные фундаменты). При этом подземную часть стен проектируют в створе с надземными, с целью возведения их в одной и той же скользящей опалубке;

для каркасных башен — ленточные, столбчатые, плитные.

3.4.    При неблагоприятных горно-геологических условиях (просадочные грунты, плывуны и т. д.) следует устраивать искусственные основания или фундаменты глубокого заложения.

3.5.    Фундаментом укосных металлических надшахтных копров, как правило, является шейка ствола. Герметизация мест примыкания металлического копра к шейке ствола достигается замоноличиванием бетоном опорных консолей подкопровой рамы и зазоров между копром и шейкой ствола.

3.6.    Сопряжение наружных стен и ствола шахты должно осуществляться в следующем порядке:

на общий фундамент—при основании из нескольких грунтов;

раздельным опиранием наружных стен на фундамент — при скальных грунтах.

Внутреннюю шахту на шейку ствола, даже при основании из скальных грунтов, опирать не рекомендуется.

3.7.    Для повышения герметичности надшахтных зданий и уменьшения их деформаций не следует связывать конструктивно фундаменты с крепью устьев ствола.

3.8.    Величина зазора между шейкой ствола и фундаментом должна исключать их касание при смещениях в результате сжимаемости основания под нагрузкой и влияния горных выработок.

3.9.    В целях уменьшения подсосов воздуха через фундаменты вокруг герметичных надшахтных зданий и сооружений устраивают отмостку шириной не менее 1 м с тщательным уплотнением ее основания.

3.10.    При устройстве столбчатых фундаментов низ фундаментной балки заглубляют не менее чем на 500 мм ниже отметки пола. Пол вместе с подготовкой выполняют толщиной не менее 200 мм по тщательно уплотненному основанию.

3.11.    Фундаменты, расположенные рядом с подземными каналами (вентиляционными, калориферными), следует заглублять до низа каналов. Если каналы, подходящие к стволу, сооружаются до возведения здания и крепь их рассчитана на боковое давление от фундаментов, то такое заглубление необязательно.

3.12.    В местах опирания стен на фундаменты следует выполнять цементно-церезитовую стяжку толщиной 15 мм по выровненной раствором поверхности с прокладкой из пергамина на битумной мастике.

3.13.    Места примыкания железобетонной фундаментной плиты к шейке ствола герметизируются асфальтобетоном, по которому укладывается слой глины. Затем выполняется бетонная подготовка и полы. Возможны также и другие варианты герметизации данного узла.

3.14.    Места примыкания фундаментов к вентиляционным каналам герметизируются деревянными рейками, пропитанными битумом (рис. 5), а примыкание устья ствола к фундаментам башенного копра — пропитанным в битуме жгутом и листовым железом (рис. 6).

Рис. 5. Примыкание монолитного железобетонного фундамента к вентиляционному каналу: 1 — железобетонный фундамент для башенного копра; 2 — вентиляционный канал; 3 — деформационный шов; 4 — решетка из газовых труб; 5 — доска толщиной 20 мм, пропитанная битумом.

Рис. 6. Герметизация примыкания устья ствола к фундаментам копра: а) аримыкаии« фундамента к шейке ствола; о. в)—детали герметизации устья ствола с фундаментом копра: I —бетонная подготовка — 130 мм: 2 —анкерные болты; 3 — огруитовка битумом; 4 — асфальт а даа слоя с содержанием битума до 20%: 5 — цементный раствор состава 1:3; б — два слоя стеклоткани, пропитанной битумом; 7 — компенсатор из нержавеющей стали; 8 — просмоленный жгут; 9 —прижимная планка; 10 — железобетонная конструкция; II —прокладка из конвейерной ленты.

3.15.    Для повышения долговечности конструкций фундамента при наличии агрессивных грунтовых вод необходимо применять специальные бетоны повышенной плотности и защитные покрытия.

3.16.    Изоляцию подземных частей герметических зданий и сооружений необходимо устраивать так, чтобы она имела сплошной замкнутый слой и пересекала стены и внутреннюю штукатурку. Изоляционный слой в стенах располагают на 0,5 м выше планировочной от-

Таблица 3

Способ нанесения Рабочая консистенция по стандартному конусу Максимально допустимая толщина слоя, мм Толщина слоя после высыхания. мм Срок высых. при температ. наружи, воздуха 20°С, ч битумные мастики эмульси онные латекс ные. эмуль сионные эмульси онные латекс ные, эмуль сионные Окрасочная изоля- 15 1 1 1 1 3—4 ция н грунтовка и более Штукатурная изо- 10—15 4—5 1 4* 2—3 2—3 10—12 ляция (механизм- рованным спосо- бом) Литая изоляция 6-8 00 ' — 4—5 — 24—48

(вручную)

Таблица 4

А Н 8 со о ч А X • о э , мм X <0 X о и 8 Iх с- Я о ч Наиме - 5 о. 0J О X X 2 х о х X я Ч X кование показа - £ = -* °* - я я в* *ййу ® с ^ wo я - телеП §з£г Расход кг/м2 85 я з OfflcO *> 1 ООО g S3 X — X га X я 3* ац, С у — С * ■ ° Н с ш о я «J Си я Б ° ° ч t— у

30%-ный раствор    эластик битума    0,5—1    0,2 РБЛ    200—450    3—4,5 2,5—3    1—1,2 То же    0,5—1    0,2 битумно- 200—350 2—3 0,8—1 0,5—0,6 наиритовое

метки. Если пол ниже планировочной отметки, то в стенах под полом устраивают второй изоляционный слой. Стены наружной стороны над отмосткой должны быть оштукатурены цементным раствором до уровня верхнего изоляционного слоя.

3.17. Толщина отдельных слоев мастичного ковра в зависимости от способа нанесения дана в табл. 3, а технологические параметры устройства окрасочной изоляции битумно-полимерными мастиками — в табл. 4.

ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

3.18.    Ограждения герметических помещений при высоких давлениях могут быть кирпичными, железобетонными, а также из бетонных блоков и сборных панелей. Расчет таких ограждений должен производиться на максимальную депрессию и компрессию с учетом обычных нагрузок.

3.19.    Для конструкций, ограничивающих находящиеся под депрессией помещения надшахтных зданий и вентиляционных сооружений при них, должны использоваться строительные материалы, обеспечивающие достаточную герметичность конструкций и их сопряжения в процессе эксплуатации.

Для создания необходимой герметичности элементов конструкций при проектировании и в процессе строительства предусматривают выполнение мероприятий, способствующих уменьшению их воздухопроницаемости.

3.20.    По условиям герметизации минимальная толщина кирпичных стен принимается 510 мм, толщина железобетонных стен, выполненных из плотного бетона, не менее 200 мм.

3.21.    Кирпичные стены выкладывают на цементном растворе по цепной системе перевязки швов. Горизонтальные и вертикальные, продольные и поперечные швы полностью заполняются раствором. Наружную поверхность кирпичных стен выполняют под расшивку швов, а на внутреннюю — наносят тонкослойную затирку и полимерные покрытия, что значительно снижает воздухопроницаемость и уменьшает пылеоседание. Средняя толщина горизонтальных швов должна составлять 12 мм, а вертикальных— 10 мм.

19

Руководство подготовлено к печати редакционно-издательским сектором института Донецкий Промстройниипроект

Ответственный за выпуск М. С. Альтер Редактор С. А. Иткина Корректор Л. В. Славянская

/рч Проектный и научно-исследовательский институт '^'Донецкий Промстройниипроект, 1981

3.22. Наружную и внутреннюю отделку стен герметических помещений, в зависимости от величины депрессии, следует выполнять по данным, приведенным в табл. 5.

Таблица 5

I ! Депрессия. | мм вод. ! ст. Отделка Конструкция стен наружная * внутренняя 1 Кирпичная клад- До Полное заполнение швов ка (степи, пере- 600 раствором. Штукатурка городки, заклад- сложным раствором с ки проемов в защитным полимерным герметических ограждениях) покрытием в один слой

	Бо	Полное заполнение швов	Затирка	швов.
	лее	раствором с защитным	Штукатурка
	600	полимерным покрытием	сложным	раст-
		в два слоя	вором
Сборные желе	До	Расшивка швов с уплот
зобетонные па	600	нением герметиком и
нели		нанесением защитного
		полимерного покрытия в один слой
	Бо	Расшивка швов с уплот	Затирка	швов
	лее	нением герметиком и на	цементным	ра-
	600	несением защитного полимерного покрытия в два-три слоя	створом
Монолитный	До	Затирка поверхности
железобетон	600	стен цементным раствором и нанесением защитного полимерного покрытия в один слой
	Бо	Затирка поверхности	Затирка	по-
	лее	стен цементным раство	верхностн	це-
	600	ром и нанесение защит	ментным	раст-
		ного полимерного покрытия в два слоя	вором
Бетонные блоки	До	Расшивка швов с уплот
	600	нением герметиком и покрытием мастикой в один слой
	Бо	Расшивка швов с уплот	Затирка	швов
	лее	нением герметиком и по	цементным	ра-
	600	крытием мастикой в	створом
		два слоя

Для нормального проветривания глубоких угольных и мощных горнорудных шахт в последние годы разработаны и внедрены в производство мощные вентиляторные установки большой производительности, создающие депрессию до 900—1000 мм вод. ст.

В связи с этим возникла необходимость повышения герметичности надшахтных зданий и вентиляционных каналов при высоких депрессиях, так как внешние утечки воздуха на шахтах в настоящее время велики и достигают 30—40% и более от производительности вентиляторов. Это приводит к тому, что проветривание в забоях не всегда отвечает предъявляемым требованиям, а производительность вентиляторов используется нерационально.

Результаты депрессионных съемок, выполненных на шахтах Донбасса, показали, что в среднем на каждые 10 м³/с воздуха, подаваемого вентиляторами, на внешние утечки приходилось 3,5 м³/с и на внутренние 2,3 м³/с. Причинами этого являются недостаточные поперечные сечения главных горных вентиляционных выработок и несовершенство герметических элементов конструкций надшахтных зданий и вентиляционных сооружений. Это не только ухудшает проветривание, снижает нагрузки на очистные забои из-за необеспеченности необходимым количеством воздуха, но и вызывает большой перерасход электроэнергии.

Вентиляторные установки расходуют примерно 25% электроэнергии, потребляемой шахтами — убыток от внешних утечек исчисляется десятками тысяч рублей по каждой шахте.

Дальнейшее совершенствование проветривания шахт

является непременным условием развития угольной промышленности. Особенно важен этот вопрос для Донбасса, где горные работы ведутся на глубине около 800— 900 и более метров.

Руководство содержит основные требования к герметизации элементов конструкций надшахтных зданий и вентиляционных устройств поверхностных комплексов угольных шахт, находящихся под высоким давлением; в нем описаны средства повышения герметичности основных конструктивных элементов зданий строящихся шахт, а также даны материалы и способы приготовления и нанесения специальных защитных полимерце-ментных и полимербитумных покрытий на ограждаю: щих герметические поверхности с целью уменьшения их воздухопроницаемости.

Руководство предназначено для использования при проектировании и строительстве герметических надшахтных зданий и сооружений угольных и горнорудных шахт, находящихся под высоким давлением.

Руководство разработано институтом Донецкий Промстройниипроект Госстроя СССР (научный руководитель и ответственный исполнитель канд. техн. наук И. И. Михеев, исполнители — инженеры И. М. Симоненко, Е. Э. Домрес). В разработке Руководства приняли участие канд. техн. наук В. М. Левин, Ю. П. Чернышев, В. Д. Вейсбейн, инженеры М. X. Кац, И. И. Ожи-ганов, В. И. Котляров (Донецкий Промстройниипроект), инженер А. Д. Барзенков (Донгипрошахт) и канд. техн. наук В. И. Ковалевская (Донгипроуглемаш).

Руководство рассмотрено и согласовано во всесоюзных объединениях «Союзшахтопроект», «Союзшахто-строй» и в управлении техники безопасности и промса-нитарии Минуглепрома СССР.

1.1.    Настоящее Руководство предназначено для использования при проектировании, строительстве и эксплуатации герметических надшахтных зданий и каналов вентиляторных установок, находящихся под высоким давлением (до 1500 мм вод. ст.), угольных и горнорудных шахт, разрабатывающих несамовозгорающиеся пласты.

1.2.    Руководство содержит основные положения по выбору строительных материалов, растворов, бетонов, конструктивных решений, способов производства строительно-монтажных работ и применению плотных менее воздухопроницаемых бетонов и защитных покрытий ограждающих конструкций.

1.3.    В Руководстве учтены основные положения действующих нормативных документов по проектированию и строительству конструкций герметических надшахтных зданий и вентиляционных сооружений.

1.4.    Вентиляционные сооружения и устройства на поверхности шахт служат для герметизации устьев вентиляционных стволов, шурфов и сбоек или для пропуска воздуха к вентилятору. К ним относятся герметические надшахтные здания, вентиляторные установки, герметические полки в устье вентиляционного ствола (глухие или с лазами), вентиляционные шлюзы или клапаны и др.

1.5.    При проектировании новых шахт, работающих при высоких депрессиях, следует, как правило, отказываться от установки вентиляторов главного проветривания около скиповых стволов и предусматривать проходку специальных вентиляционных выработок.

1.6.    Герметические надшахтные сооружения, устраи-

ваемые над вентиляционными стволами, подразделяются на:

сооружения, герметизирующие стволы, оборудованные скиповыми или клетевыми подъемами;

сооружения, герметизирующие шурфы и наклонные выработки.

Блоки герметизации надшахтных зданий и сооружений на вентиляционных и скиповых стволах шахт приведены на рис. 1 и рис. 2.

1.7.    Выбор необходимого сооружения или устройства, герметизирующего устье вентиляционного ствола, зависит от назначения ствола, его глубины, срока службы и воспринимаемой нагрузки, а также конструкции подъемных сосудов.

1.8.    Башенные копры для высоких депрессий следует проектировать преимущественно железобетонными с возведением их в скользящей опалубке из плотных бетонов. Применение стальных несущих конструкций допускается только в исключительных случаях при соответствующем обосновании.

1.9.    При отсутствии подъема или лестничного отделения устье вентиляционного ствола (скважины) должно быть закрыто глухим или с лядами перекрытием.

1.10.    Герметические помещения надшахтных зданий и вентиляционных сооружений должны устраиваться с полной герметизацией всех конструктивных элементов и использованием всех средств снижения их воздухопроницаемости.

1.11.    В башенных копрах над вентиляционными стволами следует предусматривать герметизацию шахтного подъема.

1.12.    В целях обеспечения надежной герметичности надшахтных зданий и сооружений следует предусматривать при их проектировании и строительстве выполнение мероприятий, способствующих уменьшению воздухопроницаемости ограждающих конструкций, деталей и элементов.

1.13.    Возведение герметических стен надшахтных зданий и вентиляционных каналов в стационарной или скользящей опалубке должно осуществляться в соответствии с указаниями главы СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции монолитные».

УслМш>ё_ oi од почте

Г—I 00М(уг/Г(/Я МХ0&Щ(/£СЯ

‘—^J    i?e/t/>ecci/et/.

Рис. 1. Блоки герметизации надшахтных зданий на скиповом вентиляционном стволе:

а) с металлическим копром; б) с железобетонным башенным копром; в) на клетевом стволе с металлическим копром и шлюзовыми помещениями; 1 — герметический станок копра; 2 — помещения разгрузки скипов; 3 — бункеры для угля и породы; 4 — шлюзовые помещения; 5 — надшахтное здание.

Рис. 2. Герметизация устья ствола: 1 — копер с герметической обшивкой; 2 — железобетонное или металлическое покрытие; 3 — герметические ляды; 4 — вентиляционный канал; 5 — надшахтное здание.

2.1.    Величина внешних утечек воздуха поверхностных сооружений определяется, как сумма прососов воздуха через отдельные элементы и их сопряжения, по формуле

EQeH.yr. = (Qik.c.'S, + q_K.c-S₂ + qoB^-S₃ + qn • S₄ +q_CT • S₅+ +qe S₆ + q_pac • S₇ + q_0K.cT • Pi + qn.i • P₃ 4~ qae • Pз4Дсоп •

’ P< + QbyH. + QoTB 4* Qo ^С?в.кан) КЗ ,    (1)

где Si, S_2>... Si — площади отдельных элементов конструкций вентиляционных сооружений (железобетонные ограждения, кирпичные стены, металлическая обшивка копра, перекрытия и покрытия, ограждения из стеклоблоков, места заделки балок перекрытий, расстрелов и др.), м²;

Pi, Р_2>... Pi — периметры примыкания или сопряжений конструктивных элементов сооружений (уплотнение полотна двери к раме, дверных коробок к стене, сопряжений элементов конструкций и др.), м;

Qsj-h., Qotb,. (Зкл— утечки воздуха через слой угля в бункере, через отверстия в обшивке копра и зазоры в клапанах для прохода подъемных канатов, л/мин;

2(Эв.кан.— сумма подсосов через элементы конструкций вентиляционных устройств в каналах вентиляторных установок, л/мин;

к₃— коэффициент запаса, учитывающий кратковременные периодические нарушения сплошности ограждений и сопряжений конструктивных элементов.

2.2.    Удельные показатели расхода воздуха через элементы герметических конструкций определяются расчетным способом по формулам, приведенным в табл. 1, а также по графику, приведенному на рис. 3.

Для расчета внешних утечек воздуха нужно знать величину депрессии шахты, а также располагать полной

1

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ГЕРМЕТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НАДШАХТНЫХ ЗДАНИИ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ

ФУНДАМЕНТЫ

3.1.    Конструктивное решение фундаментов башенных копров определяется инженерно-геологической характеристикой грунтов, величинами расчетных нагрузок, а также формой и размерами башенного копра. Фундаменты герметических надшахтных зданий и сооружений, в большинстве случаев, выполняются из монолитного и сборного железобетона (рис. 4).

3.2.    Фундаменты башенных копров рекомендуется проектировать монолитными железобетонными. В отдельных случаях, при соответствующем технико-экономическом обосновании, допускается выполнять их сборными.