Общие сведения. Строительство стволов шахт обычно сопровождается притоками воды в большем или меньшем количестве в зависимости от гидрогеологических свойств пересекаемых пород, коэффициента фильтрации, площади поперечного сечения ствола, водопроницаемости крепи. Вода в ствол может поступать непосредственно из обнаженных водоносных пород или через стенки крепи. Наличие притока воды при проходке стволов отрицательно сказывается на производительности труда проходчиков, скорости проходки и качестве бетонной крепи. Исследованиями ВНИИОМШСа установлено, что при притоках воды от 6 до 12 м3/ч производительность труда снижается на 10%, а при притоках до 20 м3/ч и более — на 25—30%. При увеличении притока на 1 м3 скорость проходки снижается на 1 %.

Проникающая через крепь вода вымывает цемент из свежеуложенного бетона, что сопровождается снижением его прочности и водонепроницаемости. Анализ изменения притока воды при строительстве стволов показывает, что в большинстве случаев на небольших глубинах в зоне гидравлической активности приток составляет до 30 м3/ч, ниже с глубиной он уменьшается. Например, на глубине 400—500 м приток составляет 10-15 м3Д, а на глубине более 800 м — 0,5-2 м3/ч.

Согласно СНиП III-11-70, строительство стволов в неустойчивых породах независимо от ожидаемого притока воды надлежит вести с применением специальных способов (тампонаж, предварительное замораживание и др.). В устойчивых породах при притоках воды не более 8 м3/ч стволы проходят обычным способом, в отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается проходить стволы обычным способом при притоках воды до 20 — 25 м3/ч.

При строительстве стволов существуют три основных способа борьбы с водой: непосредственный водоотлив, т.е. откачка воды из забоя ствола с помощью водоотливных средств; водоулавливание, т.е. улавливание воды до поступления ее в забой с последующей откачкой на поверхность; предварительное искусственное закрытие трещин и водотоков путем заполнения их цементным, глинистым раствором, битумом или посредством предварительного замораживания пород вокруг ствола.

Непосредственный водоотлив осуществляют при помощи бадей или насосов.

 Бадейный водоотлив. При использовании этого способа поступающую в забой воду переносными пневматическими насосами Н-1м, «Байкал» ( 6.23, табл. 6.9) перекачивают в бадью, заполняя пустоты между кусками породы ( 6.24), и поднимают на поверхность. Во время бурения и заряжания шпуров, при возведении постоянной крепи воду из забоя выдают в бадьях без породы.

При оснащении ствола двумя подъемными установками производительность водоотлива бадьями будет равна сумме производительностей водоотлива каждой установки. Производительность водоотлива бадьями при хорошей организации подъема может достигать 20—25 м3/ч.

Водоотлив с помощью насосов. Водоотлив посредством насосов применяют при наличии значительных притоков воды, когда бадьевой водоотлив не обеспечивает полностью удаление воды из забоя или когда приток воды может неожиданно увеличиться.

Для откачки воды из ствола применяют подвесные вертикальные и горизонтальные стационарные насосы. Основные характеристики насосов приведены в табл. 6.9.

Водоотлив насосами можно осуществлять по трем основным схемам: одноступенчатой, двухступенчатой и многоступенчатой. При одноступенчатой схеме ( 6.25) воду из забоя подвесным насосом по ставу труб откачивают непосредственно на поверхность земли. Насос подвешивают в стволе на двух канатах через блок в раме насоса. К подвесным канатам хомутами крепят став водоотливных труб. Наращивание става при опускании насоса в забой и демонтаж нескольких звеньев става перед взрывными работами осуществляют в устье ствола на нулевой раме. При откачке воды насос располагают на расстоянии 4-5 м от забоя. Всасывающее устройство (храпок) насоса опускают в приямок в забое, в котором собирается вода. Перед взрыванием шпуров насос поднимают на безопасную высоту (20-25 м).

Откачку воды по одноступенчатой схеме можно осуществлять только при условии, что глубина ствола не превышает высоту напора, которую может создать подвесной насос (практически это до 300-350 м).

При двухступенчатой схеме водоотлива воду из забоя перекачивают на высоту до 40 м переносными забойными насосами по шлангам в бак (обычно в бадью), откуда с помощью подвесного вертикального насоса откачивают на поверхность. Перекачнои бак вместимостью 2,5—3 м3 устанавливают на подвесном полке или натяжной раме или подвешивают вместе с вертикальным насосом на подвесных канатах (см. рис, 6.25, а). Схема двухступенчатого водоотлива имеет следующие преимущества по сравнению с одноступенчатой схемой: перекачнои насос с баком подвешены на безопасном расстоянии от забоя (до 40 м), вследствие чего устраняется необходимость его подъема перед взрыванием шпуров; легкие забойные насосы не загромождают рабочее пространство в забое и надежны в работе; перекачнои подвесной насос откачивает воду из бака с предварительным ее осветлением; включение и выключение перекачного насоса осуществляется автоматически в зависимости от уровня воды в баке. Область применения двухступенчатой схемы ограничивается напором перекачного насоса. Эту схему обычно используют в стволах глубиной до 300-350 м с насосами ППН-50-12м; НП-2.

Многоступенчатую схему водоотлива (см.  6.25, б) применяют в стволах, глубина которых превышает напор насосов второй ступени, она представляет собой дальнейшее развитие двухступенчатой схемы. Подвесной вертикальный насос в этом случае откачивает воду в пе-рекачную станцию, из которой ее с помощью горизонтальных насосов ВП-Зс, 4НШВМ-7 х 6 подают на поверхность земли или в следующую перекачную станцию. При использовании современных насосов можно сооружать промежуточные перекачные станции через 300—500 м. Эти станции размещают как в поперечном сечении ствола, так и в камерах около ствола или околоствольном дворе. Вместимость водосборника перекачной станции должна быть не менее часового притока воды в ствол. Став водоотливных труб от перекачной станции подвешивают к крепи ствола с помощью кронштейнов и хомутов.

В перекачных станциях устанавливают два насоса — рабочий и резервный.

Для автоматизации водоотлива на перекачных станциях устанавливают пусковую аппаратуру АВ-5; АВ-7, обеспечивающую поочередный пуск и остановку насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике.

Водоулавливание. При строительстве стволов одновременно с водоотливом при помощи бадей или насосов необходимо применять водоулавливание, т.е. улавливание фильтрующейся воды через крепь ствола до поступления ее в забой.

В стволах с бетонной крепью фильтрация воды через нее зависит от ряда факторов, в том числе от качества бетона, качества укладки бетонной смеси за опалубку, наличия «холодных» швов и др. Приток фильтрующейся воды через крепь ствола иногда достигает 10 м3/ч и более. Эта вода падает вниз в виде капель и осложняет производство работ в забое. Интенсивность капежа достигает наибольшей величины у стен ствола, уменьшаясь к центру. По данным ВНИИОМШСа, примерно 65-80% воды, фильтрующейся через крепь, распределяется в виде капежа на расстоянии до 30 см от стен, 15% — на расстоянии 1,2 м и только около 5% воды стекает в центральной части ствола. Такое распределение стока воды по стволу позволяет эффективно улавливать ббльшую часть ее у стенок ствола.

Водоулавливание осуществляют при помощи водоулавливаю-щих колец, в которых собирается ббльшая часть просачивающейся через крепь воды. Из водоулавливающего кольца воду по трубам или шлангу перепускают в  расположенную ниже перекачную станцию.

Водоулавливающие кольца, как правило, устанавливают ниже водоносных горизонтов, приток воды из которых явно выражен.

Водоулавливающее кольцо представляет собой металлический желоб ( 6.26, а) шириной 20-30 см, высотой 20—25 см, который по периметру крепят штырями к бетонной стенке ствола. Второй вариант конструкции водоулавливающего кольца показан на  6.26, б. В этом случае в крепи ствола прорубается штроба, в которую укладывают желоб из швеллера № 20-30 с приваренным к нему козырьком из листовой стали. Зазор между желобом и крепью уплотняют гидроизоляционным материалом. Для стока воды водоулавливающее кольцо устанавливают с уклоном 0,02-0,03 в сторону водоспускного отверстия, к которому приваривают сточную трубу.

Улавливание воды можно осуществлять также при помощи дренирования ее через фильтры ( 6.27), устраиваемые в стенках ствола на уровне водоносных горизонтов. Для этого сквозь крепь бурят шпуры, в которые устанавливают водоспускные или забивные фильтры. Их изготавливают из труб диаметром 32-50 мм в зависимости от притока воды. Водозаборная часть фильтра перфорирована отверстиями. Диаметр отверстий зависит от крупности зерен породы и дебита водоносного горизонта, обычно его принимают равным двум-трем диаметрам зерен породы (песка). В мелкотрещииоватых рыхлых породах используют гравийные фильтры (см.  6.27, б). Поступающую через фильтры воду по резиновым шлангам или металлическим трубам перепускают в водоулавливающие кольца или непосредственно в расположенные ниже перекачные станции.