Выбор формы сечения стволов обусловливается рядом факторов, из них наиболее важными можно признать: срок службы стволов, ожидаемый приток воды при сооружении стволов, материалы крепи и производственная мощность шахт.
На первых этапах развития горного дела, при весьма ограниченной производственной мощности шахт, малой глубине стволов и небольшом сроке эксплуатации шахт, стволы были прямоугольной формы поперечного сечения и даже не имели крепи.
В связи с увеличением производственной мощности шахт, сроков их эксплуатации и глубины стволов возникла необходимость иметь большую площадь поперечного сечения стволов и возводить крепь. Первоначальным материалом крепи стволов было дерево, что вызвало необходимость иметь сечение стволов прямоугольной формы.
Учитывая малую прочность деревянной крепи и принимая во внимание тяжелый режим ее эксплуатации в стволе (наличие горного давления, приток воды, огнеопасность), а также значительные затраты на ремонт, в настоящее время деревянная крепь в стволах не имеет применения.
Использование для крепи стволов прямоугольной формы сечения металлических балок нецелесообразно из-за их большой стоимости, а также быстрого разрушения в результате коррозии металла.
Увеличение производственной мощности шахт, сроков их службы и глубины разработки вызвали необходимость применения для крепи стволов более прочного и долговечного материала в виде монолитного бетона, кирпича, бетонных блоков и т. п. Этим материалам свойственна весьма значительная сопротивляемость усилиям сжатия, а так как напряжения сжатия в конструкциях крепи в наибольшей степени проявляются при круглой форме сечения стволов этой формы. Круглая форма сечения стволов в настоящее время нашла практически повсеместное применение в шахтном строительстве. К преимуществам ее следует отнести малое аэродинамическое сопротивление при движении воздуха для проветривания подземных выработок.
Конструкция крепи стволов. В современной практике сооружения стволов в обычных горно-геологических условиях, т. е. в устойчивых породах при ограниченных притоках воды, в качестве материала крепи почти исключительное применение имеет монолитный бетон. Так, например, в угольной промышленности монолитным бетоном крепят 97—98 % стволов, в горнорудной — 95%. Такое же положение наблюдается и в зарубежной практике.
Основными преимуществами монолитной бетонной крепи являются: надежная и плотная связь с окружающими породами, что позволяет не иметь опорных венцов; широкие возможности механизации работ при ее возведении; достижение высокой водонепроницаемости (особенно при наличии малого числа швов); стойкость против агрессивных вод; значительное снижение аэродинамического сопротивления и др.
При сооружении стволов в устойчивых породах при ограниченных притоках воды с целью создания изолирующей оболочки, воспринимающей давление со стороны горных пород и предохраняющей породы от влияния на них различных атмосферных агентов (воды, разности температур и др.), возможно применение в качестве крепи набрызгбетона. При наличии явно выраженного горного давления возможно сочетание набрызгбетона с металлической сеткой и анкерной крепью.
При наличии слабых и весьма водоносных пород применяют крепь из чугунных тюбингов или стальных оболочек с заполнением пространства за крепью бетоном.
Толщину крепи стволов определяют в зависимости от горно-геологических условий и свойств пересекаемых стволом пород, его глубины и площади поперечного сечения. В устойчивых породах при ограниченных притоках воды толщину бетонной крепи при наличии жесткой армировки на протяженных участках ствола принимают без расчета, только в зависимости от глубины расположения участка ствола и при пологом залегании пород (в пределах 200—300 мм). При соответствующих обоснованиях допускается принимать крепь из набрызгбетона толщиной 80-150 мм (СНиП II—94—80 «Подземные горные выработки»).
В малоустойчивых породах наряду с учетом горно-геологических факторов, т. е. наличия тектонических нарушений, величины угла падения пород, наличия напорных водоносных горизонтов, необходимо учитывать ряд технологических факторов. При производстве работ по выемке породы буровзрывным способом в результате воздействия взрывания шпуров, непосредственно примыкающих к контуру ствола, возникают нарушения ее сплошности, развиваются трещины, достигающие значительной глубины (до 0,5—0,7 м), что вызывает разрушение крепи. Расчет крепи стволов осуществляется по СНиП Н-94—80.
Крепь устья стволов сооружают из монолитного бетона или железобетона.