Главная » Портреты » Площадь поперечного сечения в проходке. Определение размеров и площади сечения выработки. Значение коэффициентов е вв

Площадь поперечного сечения в проходке. Определение размеров и площади сечения выработки. Значение коэффициентов е вв

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

“МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ”

Апатитский филиал

Кафедра горного дела

ПРОВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Методические указания по выполнению курсового проекта

для студентов специальности

130400 "Горное дело"

ОБЩИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Курсовой проект является заключительным этапом изучения дисциплины “Проведение горных выработок” и должен способствовать закреплению теоретических знаний по специальности.

Целью курсового проекта является проработка технических, технологических и организационных вопросов проходки проектируемой выработки.

При выполнении курсовой работы должны быть проработаны технические, технологические и организационные вопросы проходки проектируемой выработки, а принимаемые решения должны обеспечить безопасность работ.

При работе над курсовой работой необходимо использовать учебную литературу, единые правила безопасности ведения горных работ (ЕПБ), а также материалы отечественных и зарубежных научных журналов.

Пояснительная записка курсовой работы должна содержать все необходимые расчеты и обоснования принятых решений, эскизы и схемы (схему проветривания, сечения выработки проектное и в проходке, схему расположения шпуров, конструкция заряда, график организации работ).

Последовательность изложения материала в пояснительной записке должна соответствовать методическим указаниям.

1. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТКИ

Под условиями проведения выработки понимаются гидрогеологические данные и горно-технические условия, в которых будет пройдена выработка. В этом разделе должны быть описаны, если они не заданы, физико-механические свойства пород с точки зрения их устойчивости, крепости, условий залегания и притока воды в выработки при ее проведении.

2. СПОСОБЫ ПРОХОДКИ И МЕХАНИЗАЦИЯ РАБОТ

Применяемый способ проходки должен быть наиболее рациональным с точки зрения безопасности работ и механизации производственных процессов.

При выборе способа проходки и средств механизации работ предпочтительно использование комплексов оборудования, которые в большей мере обеспечивают механизацию процессов проходческого цикла работ.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ И РАСЧЕТ КРЕПИ.

Расчет крепи.

Нагрузка на крепь отнесенная к 1 м 2 выработки, при равномерно распределенной нарушенной зоне определяется по формуле:

Кгс/м 2 (3.29)

где: ρ – объемный вес породы, кг/м 3 ;

l н – размеры нарушенной зоны, м.

Величина нарушенной зоны определяется по формулам:

а) для выработок вне зоны влияния очистных работ:

б) для впускных и доставочных выработок:

где: I T – интенсивность пологопадающей мелкоблоковой системы трещин, шт/м. пог. (табл. 1);

K C – коэффициент состояния выработки (принимается равным 1).

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Удельное сцепление стержня с бетоном и бетонного столбика с породой, кгс/см 2

Показатели прочности	Наименование материала	Закрепляющий раствор на цементе М-400 в возрасте 28 сут. при составе смеси Ц:П	Раствор на глиноземистом цементе М-400 в возрасте
3 сут. при составе смеси Ц:П	12 ч при Ц:П
1:1	1:2	1:3	1:1	1:2	1:3	1:1
	Сталь периодического профиля
Сталь гладкая круглая
	Бетонный столбик с апатитовой рудой
Бетонный столбик с окисленной рудой
Бетонный столбик с пустыми породами лежачего бока

Расстояние между штангами при квадратной сетке их расположения принимается из условий предотвращения расслоения и обрушения пород под действием собственного веса в пределах закрепляемой толщи по формуле:

, м (3.40)

где: K зап – коэффициент запаса прочности;

m у – коэффициент условий работы штанговой крепи (1 – для штанг с предварительным натяжением; 2 – для штанг без предварительного натяжения).

Таблица 4.1

Таблица 4.2

Характеристика ВВ

Наименование ВВ	Плотность ВВ в патронах, г/см 3	Работоспособность, см 3	Скорость детонации, км/с	Вид упаковки
ВВ , применяемые в забоях не опасных по газу или пыли
Аммонит 6ЖВ	1,0–1,2	360–380	3,6–4,8	Патроны диаметром 32, 60, 90 мм
Аммонал-200	0,95–1,1	400–430	4.2–4,6	Патроны диаметром 32мм
Аммонал М-10	0,95–1,2		4,2–4,6	То же
Аммонал скальный №3	1,0–1,1	450–470	4,2–4,6	Патроны диаметром 45, 60, 90 мм
Аммонал скальный №1	1,43–1,58	450–480	6,0–6,5	Патроны диаметром 36, 45, 60, 90 мм
Детонит М	0,92–1,2	450–500	40–60	Патроны диаметром 28, 32, 36 мм
ВВ , применяемые в забоях опасных по газу или пыли
Аммонит АП-5ЖВ	1,0–1,15	320–330	3,6–4,6	Патроны диаметром 36 мм
Аммонит Т-19	1,05–1,2	267–280	3,6–4,3	То же
Аммонит ПЖВ-20	1,05–1,2	265–280	3,5–4,0	То же

В практике проходческих работ наибольшее распространение получило электрическое взрывание с помощью электродетонаторов мгновенного, короткозамедленного и замедленного действия, а также неэлектрические система взрывания (Нонель, СИНВ и др.).

Таблица 4.3

Значения К зш для горизонтальных выработок

Диаметр шпура. Диаметр шпуров определяется исходя из диаметра патронов ВВ и необходимого зазора между стенкой шпура и патронами ВВ, позволяющего посылать патроны ВВ в шпур без усилий. Резцы и коронки при бурении и заточке изнашиваются, в результате чего уменьшается их диаметр. Поэтому начальный диаметр резцов и коронок применяют несколько большим, чем требуется, и он составляет 41 – 43 мм для патронов ВВ диаметром 36 – 37 мм и 51 – 53 для патронов ВВ диаметром 44 – 45 мм. Диаметр шпура должен быть на 5 –6 мм при расположении патрона-боевика первым от устья шпура, и на 7 – 8 мм при расположении патрона-боевика не первым от устья шпура.

Увеличение диаметра шпуров ведет к увеличению размещаемого в них заряда ВВ, и следовательно, уменьшается число шпуров. Вместе с тем увеличение диаметра шпуров приводит к ухудшению оконтуривания горной выработки, излишнего разрушения породы за проектным контуром, а также отрицательно сказывается на темпах бурения – снижается скорость бурения.

С увеличением диаметра заряда шпуров на контуре выработки возрастает зона разрушения массива и, следовательно, снижается устойчивость пород. Поэтому с уменьшением поперечного сечения выработки целесообразнее применение шпуров малого диаметра. С уменьшением сечения выработки и повышением крепости пород диаметр шпуров и зарядов при прочих равных условиях должен уменьшаться. Поскольку выпускаемые в настоящее время ВВ (детониты) способны с высокой скоростью детонировать в патронах малого диаметра (20 – 22 мм), то очевидна целесообразность применения шпуров уменьшенного диаметра. А при использовании ВВ с невысокой скоростью детонации типа аммонитов в шпурах целесообразно размещать патроны диаметром 32 – 40 мм.

Глубина шпура. Глубина шпуров – параметр проходческих работ, определяющий объем основных операций в проходческом цикле и скорость проведения выработки.

При выборе глубины шпуров учитывают площадь и форму забоя, свойства взрываемых пород, работоспособность применяемых ВВ, тип бурового оборудования, требуемое подвигание забоя за взрыв и др. Желательно, чтобы продолжительность проходческого цикла составляла смену или целое число смен, а при многоцикличной работе в смену заканчивалось целое число проходческих циклов.

При малой (1 – 1,5 м) глубине шпуров увеличивается отнесенное к 1 м подвигания забоя время вспомогательных работ (проветривание. подготовительно-заключительные операции при бурении шпуров и погрузке породы, заряжание и взрывание ВВ и т.д.).

При большой (3,5 – 4,5 м) глубине шпуров снижается скорость бурения шпуров и в конечном итоге увеличивается относительная продолжительность проведения 1 м горной выработки.

Кроме того, при выборе глубины шпура следует учитывать, что при взрывании на больших глубинах от земной поверхности, где взрываемые породы со всех сторон сжаты горным давлением, разрушающее действие взрыва значительно уменьшается.

Глубину шпуров определяют исходя из заданной технической скорости проходки, количества и производительности горнопроходческого оборудования или по нормам выработки.

Зная заданную скорость проходки, можно рассчитать глубину шпура:

где: ν – заданная скорость проходки, м/мес;

t ц – продолжительность цикла, ч;

n с – число рабочих суток в месяце;

n ч – число рабочих часов в сутки;

η – коэффициент использования шпура (КИШ).

Коэффициент использования шпура. Коэффициентом использования шпуров называют отношение использованной глубины шпура к первоначальной глубине. При взрыве зарядов ВВ в шпурах порода не отрывается на всю глубину шпуров, часть шпура по глубине не используется и остается в массиве поды, которую принято называть стаканом.

Для определения КИШ для всего комплекта шпуров необходимо замерить глубину всех шпуров и определить среднюю глубину шпура. После взрыва зарядов нужно замерить глубину всех стаканов и определить среднюю глубину стакана, по которой можно найти среднее значение КИШ. Следовательно, для определения среднего значения КИШ необходимо величину среднего подвигания забоя разделить на среднюю глубину шпура.

где: l з – длина заряда шпура;

l ш – глубина шпура.

Если задано подвигание забоя за цикл, то среднюю глубину шпура можно определить, разделив подвигание забоя за цикл на среднее значение КИШ.

Величина КИШ зависит от крепости, трещиноватости и слоистости взрываемых пород, площади забоя, числа открытых поверхностей во взрываемом массиве, работоспособности ВВ, глубины шпуров, качества забойки шпуров, очередности взрывания зарядов и других факторов. При правильном определении всех параметров, строгом выполнении технологии ведения взрывных работ величина КИШ должна быть не менее следующих величин.

Таблица 4.4.

Таблица 4.5

Численные значения показателя γ

 вв, кг/м 3
, ед	1.843	1.892	1.940	1.987	2.033	2.125	2.214	2.301

 вв - объемный вес ВВ в заряде, кг/м 3

Расстояние между контурными зарядами определяют по формуле (м):

(4.6)

где: К 0 - численный коэффициент, учитывающий взаимодействие соседних контурных зарядов и потери энергии на расширение продуктов детонации в объеме шпура, ед.;

L зк - длина забойки контурных шпуров (определяется по таблице), м;

L к - длина контурных шпуров, м.

Таблица 4.6

Значение численного коэффициента К 0

Таблица 4.7

Приведенная длина забойки контурных зарядов L зк / S выр

Коэффициент	Линейная плотность заряжания контурных шпуров P к , кг/м
крепости пород	0.4	0.5	0.6
4-6	0.110-0.097	0.121-0.110	0.129-0.119
7-9	0.092-0.082	0.106-0.097	0.115-0.108
10-14	0.077-0.061	0.093-0.079	0.105-0.092
15-18	0.057-0.046	0.076-0.067	0.089-0.081
19-20	0.042-0.039	0.064-0.061	0.079-0.076

Коэффициент сближения контурных шпуров определяется по формуле:

(4.7)

При  вв = 900 - 1100 кг/м 3 данная формула может быть использована в следующем виде:

(4.8)

Соответственно линия наименьшего сопротивления контурных шпуров определяется по формуле (м):

Количество контурных шпуров определяется по формуле (шт.):

(4.10)

где: П - полный периметр забоя выработки, м;

В - ширина выработки на уровне почвы, м

Площадь части забоя которая приходится на контурный ряд, равна (м 2):

(4.11)

Для улучшения качества проработки породы на уровне концевых частей контурных шпуров в забой последних следует помещать дополнительный заряд весом, равным (кг):

Количество ВВ на контурную отбойку определяется по формуле (кг):

При предварительном оконтуривании выработки удельный расход ВВ определяют с учетом глубины ведения работ Н (м) по формуле (кг/м 3):

(4.14)

При этом следует иметь в виду, что при уменьшении глубины ведения работ значение q к не должно быть меньше величины, определяемой формулой (4.3).

Расстояние между контурными шпурами рассчитывают по формуле (4.6), при этом величину L зк определяют по таблице (4.8).

Таблица 4.8

Приведенная длина контурных зарядов при предварительном оконтуривании выработки

Коэф-нт	Глубина ведения работ Н, м
крепости	менее 100	100-200	200-400	400-600
пород, f	Линейная плотность заряжания контурных шпуров Р к, кг/м
	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.6	0.4	0.5	0.6
4-6	0.109	0.120	0.128	0.120	0.130	0.137	0.132	0.139	0.145	0.142	0.148	0.152
7-9	0.093	0.106	0.116	0.106	0.117	0.125	0.118	0.128	0.135	0.130	0.138	0.144
10-14	0.074	0.091	0.103	0.089	0.103	0.113	0.104	0.115	0.124	0.118	0.127	0.135
15-18	0.057	0.077	0.090	0.073	0.090	0.101	0.089	0.103	0.113	0.105	0.117	0.125
19-20	0.046	0.067	0.082	0.062	0.081	0.093	0.080	0.096	0.106	0.097	0.110	0.119

Вес дополнительного заряда в забое контурных шпуров определяется по формуле (кг):

Количество контурных шпуров N к и расход ВВ на оконтуривание выработки Q к рассчитывают по формулам.(4.10) и (4.13)

После определения параметров контурного взрывания переходят к расчету параметров заряжания и размещения врубовых и отбойных шпуров, Основой расчета служит величина удельного расхода ВВ на дробление породы в пределах обуренного объема.

При последующем оконтуривании отбойка ядра забоя производится в условиях напряженного состояния окружающего породного массива, что приводит к необходимости увеличения энергозатрат на дробление породы в обуренном массиве. В этом случае вначале следует определить характерное значение длины отбойных шпуров, учитывающее степень такого влияния (м):

(4.16)

В зависимости о фактической длинны отбойных шпуров L отб, которая, как, правило определяется организацией работ и возможностями бурового оборудования, величину удельного расхода ВВ на дробление рассчитывают по формулам (кг/м 3):

При L отб  L  :

(4.17)

При L отб  L  :

(4.18)

где: е вв - переводной коэффициент, учитывающий тип и плотность применяемого ВВ.

Таблица 4.9

Значение коэффициентов е вв

При предварительном оконтуривании выработки отбойка основного породного объема производится в условиях частичной разгрузки, что позволяет при длине отбойных шпуров L отб  L  снизить величину удельного расхода ВВ до значения, определяемого формулой (4.17)

После определения удельного расхода ВВ рассчитывают параметры размещения шпуров в прямом врубе. Величину удельного расхода ВВ во врубе определяют с учетом общей эффективности отбойки породы в забое выработки:

(4.19)

где: N вр - число врубовых шпуров, ед;

Р вр - линейная плотность их заряжания, кг/м;

L вр - длина врубовых шпуров, м;

L зб - длина забойки, м.

Абсолютное значение L зб определяют по нижележащим таблицам с последующим делением на е вв , что позволяет учесть тип применяемого ВВ.

Таблица 4.10

при последующем оконтуривании горной выработки

Коэффициент	Глубина ведения работ Н, м
крепости		100 - 200	200 - 400	400 - 600
пород
4-6	0.145	0.151	0.156	0.162
7-9	0.137	0.143	0.149	0.156
10-14	0.128	0.135	0.142	0.149
15-18	0.119	0.127	0.135	0.143
19-20	0.113	0.122	0.130	0.139

Таблица 4.11

Приведенная длина забойки отбойных шпуров при предварительном оконтуривании горной выработки

Коэффициент крепости пород	L зб / S выр
4-6	0.145-0.139
7-9	0.136-0.131
10-14	0.129-0.121
15-18	0.119-0.113
19-20	0.111-0.110

Площадь обуривания вруба определяется по формуле (м 2):

(4.20)

Количество ВВ во врубе определяют по формуле (кг)

(4.21)

Поскольку в прямых врубах дробление породы производится в условиях одной свободной поверхности, для облегчения работы врубовых зарядов целесообразно использовать одну или несколько компенсационных скважин, минимальный диаметр которых определяется по формуле (м):

(4.22)

Где: W min - расстояние от скважины до ближайшего врубового шпура, работающего на эту скважину, м;

d шп - диаметр врубового шпура, м.

Зная площадь вруба и принимая форму поперечного сечения в виде той или иной плоской геометрической фигуры, можно определить размеры сечения вруба и параметры размещения врубовых шпуров (Рис. 4.3):

Квадрат:

Щелевой:

(4.27)

(4.28)

Рис 4.3 Примеры размещения шпуров в прямых врубах.

После расчета параметров вруба переходят к расчету параметров отбойки.

Суммарное количество отбойных шпуров (включая почвенные) определяется по формулам (шт.):

При последующем оконтуривании:

(4.30)

При предварительном оконтуривании:

(4.31)

где: Р отб - линейная плотность заряжания отбойных шпуров, кг/м;

е отб, е к - переводные коэффициенты соответственно для отбойных и контурных зарядов.

Расстояние между почвенными шпурами рассчитывают по формуле (м):

(4.32)

Линию наименьшего сопротивления почвенных шпуров определяют по формуле (м):

(4.33)

Количество почвенных шпуров и площадь части забоя, которая приходится на эти шпуры, определяется по формулам:

Число шпуров, предназначенных непосредственно для разрушения породного ядра, определяют по формуле (шт.):

(4.35)

Ориентировочный размер сетки бурения отбойных шпуров определяют по формуле (м):

(4.36)

При предварительном оконтуривании выработки S к = 0.

Количество ВВ на отбойку породы в пределах зон ядра и почвы определяют по формуле (кг):

На основании расчетов и схемы расположения шпуров составляется сводная таблица параметров взрывных работ по форме.

Таблица параметров буровзрывных работ

Рис. 4.4 Схема расположения шпуров.

а – схема расположения шпуров; б – конструкция заряда; 1 – патрон ВВ;
2 – электродетонатор.

После расчета всех параметров буровзрывного комплекса составляет паспорт буровзрывных работ.

В паспорте БВР должна быть представлена схема расположения шпуров (в трех проекциях), указаны количество и диаметр шпуров, их глубина и углы наклона, количество серий взрывания, последовательность взрывания, величина зарядов в шпурах, общий и удельный расход ВВ, расход детонаторов, длина внутренней забойки каждого шпура и общее количество забоечного материала для всех шпуров, а также время проветривания забоя.

Для пояснения текстовой части данного раздела в записке следует привести соответствующие схемы (схему расположения шпуров, схему конструкции заряда в шпуре, схему вруба, схему соединения детонаторов во взрывной сети).

Расчет электровзрывной сети.

При электровзрывании зарядов возможно применение всех известных схем соединения сопротивлений в цепь. Выбор схемы соединения ЭД зависит от числа взрываемых ЭД и однородности их характеристик. При использовании электрических взрывных приборов определяют сопротивление взрывной сети и сравнивают полученный результат с предельным значением сопротивления цепи, указанным в паспорте прибора. При использовании силовых и осветительных линий определяют сопротивление взрывной цепи, затем рассчитывают величину тока, проходящий через отдельный ЭД, и сравнивают эту величину с гарантийным значением тока для безотказного взрыва. Для гарантийный ток принят - для 100 ЭД равным 1.0 А, а при взрывании ЭД в больших группах (до 300 шт) 1.3 А и не менее 2.5 А при взрывании переменным током.

При последовательном соединении концы проводов соседних ЭД соединяют последовательно, а крайние провода первого и последнего ЭД присоединяют к магистральным проводам, идущим к источнику тока.

Общее сопротивление взрывной цепи при последовательном соединении ЭД определяют по формуле:

, Ом (4.38)

где: R 1 - сопротивление магистрального провода на участке от взрывного прибора до выводов взрывной цепи в забое выработки, Ом;

R 2 - сопротивление дополнительных монтажных поводов, соединяющие концевые провода ЭД между собой и с магистральным проводом, Ом;

n 1 - количество последовательно соединенных ЭД, шт;

R 3 - сопротивление одного ЭД с концевыми проводами, Ом.

Сопротивление проводов определяется по формуле:

где: ρ – удельное сопротивление материала проводника, (Ом*мм 2)/м;

l – длина проводника, м;

S – сечение проводника, мм 2 .

При ведении взрывных работ в качестве соединительных проводов и для прокладки временных взрывных магистралей применяются провода для промышленных взрывных работ марки ВП с медными жилами в полиэтиленовой изоляции. Провод выпускается одножильным ВП1 и двух жильным ВП2x0,7.

Для прокладки постоянных взрывных магистралей предназначены кабели марки НГШМ. Токоведущие жилы изготавливаются из медной проволоки. Изоляция токоведущих жил выполняется из самозатухающего полиэтилена.

В исключительных случаях по согласованию с органами Госгортехнадзора в качестве постоянных взрывных магистралей может применятся провод ВП2x0,7

Таблица. 4.12

Таблица. 4.13

Таблица 4.14

Бурение шпуров

Бурение шпуров производится ручными сверлами, перфораторами, бурильными установками.

Ручные сверла - применяются для бурения шпуров глубиной до 3м по породе с f  6. Бурение производится непосредственно с рук или с легких поддерживающих устройств (СЭР-19М, ЭР14Д-2М, ЭР18Д-2М, ЭРП18Д-2М). Электрические колонковые сверла применяют при бурении по породе с f  10 (СЭК-1, ЭБК, ЭБГ, ЭБГП-1).

где: n - число бурильных машин;

k н - коэффициент надежности машин (0.9);

k 0 - коэффициент одновременности работы машин (0.8 - 0.9).

Число буровых машин определяется из расчета 4 – 5 м 2 площади забоя на одну буровую машину.

Перфораторы - применяются для бурения шпуров по породам с f  5 (ПП36В, ПП54В, ПП54ВБ, ПП63В,ПК-3, ПК-9,ПК-50).

Производительность бурения определяется по формуле (м/ч):

(4.45)

где: k д - коэффициент зависящий от диаметра шпура (0.7 - 0.72 при d ш = 45 мм; 1 при d ш = 32 - 36 мм);

k п - коэффициент учитывающий тип перфоратора (1.1 для ПП63В, ПП54; 1 для ПП36В);

а – коэффициент, учитывающий изменение скорости бурения в различных породах (0.02 при f = 5-10; 0.3 при f = 10-16).

Бурильные установки . Бурение шпуров производится буровыми установками или навесным бурильным оборудованием смонтированным на погрузочных машинах.

Выбор бурильной установки для бурения шпуров в горизонтальной выработке производится с учетом следующих факторов:

Тип бурильной машины должен соответствовать крепости пород в обуриваемом забое;

Размеры зоны бурения должны быть больше или равны высоте и ширине обуриваемого забоя;

Наибольшая длина буримых шпуров по технической характеристике бурильной машины (установки) должна быть согласована с максимальной длиной шпуров (по паспорту БВР);

Ширина бурильной установки не должна быть больше применяемых транспортных средств.

Производительность бурения определяется по формуле (м/ч):

(4.46)

где: n - число бурильных машин на установке, шт;

k 0 - коэффициент одновременности в работе машин (0.9 - 1);

k н - коэффициент надежности установки (0.8 - 0.9);

t - продолжительность вспомогательных работ (1 - 1.4 мин/м);

v м - механическая скорость бурения (м/мин).

Таблица 4.5

Скорость бурения

Продолжительность бурения шпуров (ч):

где: t п – подготовительно-заключительные работы (0,5–0,7 ч).

Проектирование вентиляции.

Проектирование вентиляции подземных выработок осуществляется в следующей последовательности:

1. Выбирается способ проветривания;

2. Выбирается трубопровод и определяются его аэродинамические характеристики;

3. Производится расчет количества воздуха, необходимого для проветривания выработок;

4. Выбирается вентилятор местного проветривания.

Место установки вентилятора местного проветривания (ВМП) и направление вентиляционного трубопровода показывается в “Паспорте проветривания”. В паспорте также указывается количество ВМП, их тип, диаметр вентиляционного трубопровода, направление свежей и исходящей вентиляционных струй, зоны безопасности.

Способы проветривания.

Проветривание выработок производится нагнетательным, всасывающим или комбинированным способами.

При нагнетательном способе свежий воздух по трубам поступает к забою, а загрязненный воздух удаляется по выработке. Главное достоинство этого способа – эффективное проветривание призабойного пространства при значительном отставании вентиляционных труб от груди забоя. При этом возможно применение гибких труб. Однако в связи с тем, что газы удаляются по всему сечению и по длине выработки происходит ее загазовывание, что приводит к необходимости устанавливать вентиляторы большей производительности и напора и прокладывать воздуховоды с трубами большего диаметра. Данный способ имеет наибольшее распространение.

При всасывающем способе ядовитые газы не распространяются по выработке, а отсасываются по трубопроводу, а свежий воздух поступает в призабойное пространство по выработке. Основное достоинство этого способа то, что при достаточно малом расстоянии конца трубопровода от груди забоя, не превышающем зону всасывания, забоя выработка проветривается значительно быстрее, чем при других способах, а также не происходит загазованности основной части выработки. Этот способ можно применять для проветривания выработок, когда основные источники выделения производственных вредностей сосредоточенны в призабойной зоне. Всовывающий способ нельзя применять при проходке выработок по газоносным породам, при работе в них подвижного состава с ДВС или при других источниках выделения вредностей, рассредоточенных по длине выработки.

Комбинированный способ предусматривает использование двух вентиляторов, один из которых работает на вытяжку, а другой, устонавливаемый вблизи забоя, на нагнетание. Этот способ проветривания сочетает в себе достоинства нагнетательного и всасывающего способов. По времени проветривания данный способ является наиболее эффективным. Недостаткам данного способа является загромождение выработки вентиляционным оборудованием.

Рис. 5.1 Схемы проветривания тупиковых выработок.

а – нагнетательная; б – всасывающая.

1 – вентилятор; 2 – трубопровод.

Таблица 5.1

Значение коэффициента R 100

Диаметр трубы,	Металлические	Типа М	Текстовинитовые
м
0.3	990.0	1284.0	481.0
0.4	228.0	305.0	108.0
0.5	72.8	100.0	33.0
0.6	25.0	40.1	12.5
0.7	11.6	28.2	5.0
0.8	5.8	9.3	2.5
0.9	3.0	5.1	1.3
1.0	1.6	3.0	0.8

Аэродинамическое сопротивление трубопровода. Напор создаваемый вентилятором при его работе на вентиляционный трубопровод, расходуется на преодоление сопротивление трения и местных сопротивлений, а также на скоростной напор при выходе воздуха из трубопровода или при входе в него, при всасывающем проветривании.

Аэродинамическое сопротивление трения трубопровода определяется по формуле:

, Н*с 2 / м 8 (5.2)

Местные сопротивления вентиляционных трубопроводов создаются обычно коленами, тройниками, ответвлениями и другими фасонными частями труб. Значения местных сопротивлений приведены ниже.

Таблица 5.2

Сопротивление (Н*с 2 / м 8

Для горизонтальных горно-разведочных выработок установлены две формы поперечных сечений: трапециевидная (Т), прямоугольно-сводчатая с коробовым сводом (ПС).

Различают площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету, в проходке и вчерне. Площадь в свету (5 СВ) - это площадь, заключенная между крепью выработки и ее почвой, за вычетом площади сечения, которая занята насыпанным на почве выработки балластным слоем.

Площадь в проходке (5 П|)) - площадь выработки, какой она получается в процессе проведения до возведения крепи, настилки рельсового пути и устройства балластного слоя, прокладки инженерных коммуникаций (кабелей, воздухе-, водопроводов и пр.). Площадь вчерне (5 8Ч) - площадь выработки, которая получается при расчете (проектная площадь).

Так как 5 ВЧ = 5 СВ + 5 кр, то расчет площади сечения выработки начинают с расчета в свету, где 5 кр - сечение выработки, занимаемое крепью; Кп„ - коэффициент перебора сечения (коэффициент излишка сечения - КИС).

Размеры площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету определяют исходя из условий размещения транспортного оборудования и других устройств с учетом необходимых зазоров, регламентированных Правилами безопасности.

При этом необходимо рассмотреть следующие возможные случаи проведения выработок и расчета сечения:

1. Выработка проводится с креплением и погрузочная машина работает в закрепленной выработке. В этом случае расчет ведут по наибольшим габаритам подвижного состава или погрузочной машины.

2. Выработка проходится с креплением, но крепь отстает от забоя более чем на 3 м. В данном случае погрузочная машина работает в незакрепленной части выработки.

При расчете размеров площади сечения по наибольшим габаритам подвижного состава необходимо сделать поверочный расчет (рис. 11):

т + В + п">2й + 2*2+ т + В с. + п; Н р + й 3 > Аз + <* + и-

Расшифровка данных приведена ниже.

3. Выработка проходится без крепления. Тогда размерь! сечения рассчиты
ваются по наибольшим габаритам проходческого оборудования или подвижного
состава.

Основные размеры подземных транспортных средств стандартизированы с Целью типизации сечений выработок, конструкции крепи и проходческого оборудования.

Для выработок трапециевидной формы разработаны типовые сечения с применением сплошной крепи, крепи вразбежку, с затяжкой только кровли и с затяжкой кровли и боков.

Типовые сечения выработок прямоугольно-сводчатой формы предусмотрены без крепи, с анкерной, набрызгбетонной и комбинированной крепями

Горное давление

Создание безопасных условий функционирования подземных сооружений -одна из главных задач обеспечения устойчивости горных выработок. Техногенное воздействие горного производства на геологическую среду приводит к новому ее состоянию. (Под геологической средой здесь понимается реальное физическое (геологическое) пространство в пределах земной коры, которое характеризуется определенным комплексом геологических условий - совокупностью некоторых свойств и процессов).

Возникают количественно и качественно новые силовые поля вокруг горио-геологического объекта как части геологической среды, которые проявляются на границе горная выработка - массив пород, т.е. в незначительных пределах массива пород, окружающего выработку.

Силы, возникающие в массиве, окружающем горную выработку, называются горным давлением. Горное давление вокруг выработок связано с перераспределением напряжений при их проведении. Оно проявляется в виде;

1) упругого или упруговязкого смещения пород без их разрушения;

2) вывалообразования (местного или регулярного) в слабых, трещиноватых и

мелкослоистых породах;

3) разрушения и смещения пород (в частности, вывалообразования) под влиянием предельных напряжений в массиве по всему периметру сечения выработки или на отдельных его участках;

4) выдавливания пород в выработку вследствие пластического течения, в частности со стороны почвы (пучение пород).

Различают следующие виды горного давления:

1. Вертикальное - действует по вертикали на крепь, закладочный массив и является следствием давления массы вышележащих пород.

1. Боковое - является частью вертикального давления и зависит от мощности пород, лежащих над выработкой или разрабатываемым пластом, инженерно-геологических характеристик пород.

3. Динамическое - возникает при больших скоростях приложения нагрузок: взрыв, горный удар, внезапное обрушение пород кровли и т.д.

4. Первичное - давление горных пород в момент проведения выработки.

5. Установившееся - давление горных пород после проведения выработки по прошествии некоторого времени и не меняющееся длительный период ее функционирований.

6. Неустановившееся - давление, изменяющееся с течением времени вследствие ведения горных работ, ползучести пород и релаксации напряжений.

7. Статическое - давление горных пород, в котором инерционные силы отсутствуют или весьма малы.

Усложнение условий, в которых осуществляется проведение (подземное строительство) горных выработок (большие глубины разработки, многолетняя мерзлота, высокая сейсмичность, неотектонические явления, ускорение и увеличение объемов техногенного воздействия и пр.), и уровень развития науки позволили создать современные, более приближенные к реальным методы расчета горного давлении.

Возникло новое научное направление - механика подземных сооружений. Это паука о принципах и методах расчета подземных сооружений на прочность, жесткость и устойчивость при статических (горное давление, давление подзем-ных вод, изменение температуры и т.п.) и динамических (взрывные работы, землетрясения) воздействиях. Она разрабатывает методы расчета конструкций крепи.

Механика подземных сооружений возникла в результате развития механики горных пород - науки, изучающей свойства и закономерности изменения напряженно-деформированного состояния пород в окрестности выработки, а также закономерностей взаимодействия пород с крепью горных выработок для создания целесообразных методов управления горным давлением. Механика подземных сооружений оперирует механическими моделями взаимодействия крепи с массивом пород, учитывающими геологическое состояние окружающих выработку пород, и расчетными схемами крепи.

Анализ механических моделей и расчетных схем производится с использованием методов теории упругости, пластичности и ползучести, теории разрушения, гидродинамики, строительной механики, сопротивления материалов, теоретической механики.

Введение

В период общего экономического склада и инфляций в стране обострились общегосударственные проблемы добычи каменного угля.

Уголь – это основной вид энергетического топлива, а также техническое сырье для коксования и использования в металлургической и химической промышленности для получения жидкого и газообразного топлива.

По запасам каменного угля Россия занимает одно из первых мест в мире, а Кузбасский угольный бассейн – первое место в России по добыче угля.

Перед трудящимися угольной промышленности поставлены задачи по неуклонному росту добычи угля при одновременном снижении его себестоимости, решение которых является непременным условием выживания в сегодняшних экономических условиях.

Для достижения поставленных целей угольная промышленность сосредотачивает свои усилия на следующих направлениях: постоянно работать над вопросами комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, которая создаёт предпосылки для выемки угля без постоянного присутствия людей в очистном забое, что способствует увеличению производительности труда и снижению себестоимости добытого угля.

Дальнейшее увеличение добычи угля тесно связано с темпом проведения подготовительных выработок. Необходимо шире и повсеместно применять системы автоматизированного управления производственными процессами в подготовительных забоях для своевременной и качественной подготовки очистного фронта. Выбор оптимальных технологических схем проведения выработок является непременным условием и высокопроизводительной и безопасной работы в подготовительных забоях, целью данного курсового проекта является разработка паспорта проведения и крепления вентиляционного штрека.

1 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАСТА Бреевского

Глубина отработки пласта 350-490м.

Пласт сложного строения, состоит из3-х угольных пачек, разделенных породными прослоями мощностью от 0,04м до 0,25 м, представленных аргиллитом сильнотрещиноватым, слабой и средней мощности f= 2,5-Общая мощность пласта колеблется в пределах 2,1-2,15 м и при средней мощности 2,12 м.

В пласте встречаются включения «колчеданов», крепостью f= 7-8, вытянутой овальной формы размерами до 2х0,5х0,5, приуроченных к средней части угольного пласта.

Гипсометрия пласта волнистая. Угол падения пласта от 16 0 (у вентиляционного штрека №173) до 0 0 (у монтажной камеры №1732).

Природная газоносность пласта 8-13 м 3 /т.

Крепость угля f= 1,5-2, Сопротивление угля резанию 15 мПа.

По склонности пласта к самовозгоранию относится к III группе неопасных. Опасен по взрывчатости угольной пыли и газа метана.

Пласт представлен блестящим углем с преобладанием компонентов группы витринита. Верхний интервал основной кровли пласта представлен песчаником мелкозернистым, крепким, трещиноватым, мощностью до 12м, f= 6-7.

Нижний интервал основной кровли пласта на мощность до 4м представлен песчаником мелкозернистым, крепким f= 6-7 , аргиллитом слоистым трещиноватым мощностью до 2м, f= 3-4 с угольным прослоем в верхней части мощностью до 1 метра (пласт Надбреевский).

Первичный шаг обрушения основной кровли – 35-40 м отхода лавы от монтажной камеры, последующий – 8-12 м.

Непосредственная кровля пласта представлена аргиллитом темно-серым, слоистым средней крепости, трещиноватым, на мощность до 8 м, f= 3-4. Нижний предел непосредственной кровли на мощность 0,35-0,85 м с учетом «ложной» кровли представлен аргиллитом слабым с прослоями угля мощностью 0,05-0,2 м и склонным к сводчатому обрушению на полную мощность кровли.

Ложная кровля, представлена аргиллитом тёмно-серым, трещиноватым, на мощность 0,30-0,80 м f= 1,5-2.

Непосредственная почва пласта представлена алевролитом мелкозернистым, средней крепости, трещиноватым, мощностью до 8 м, f= 4.

Ложная почва, представлена аргиллитом светло-серым, крепостью f=2. Мощность ложной почвы изменяется от 0,08 до 0,15 м, при средней – 0,10 м. При намокании склонна к пучению.

В тектоническом отношении участок простой, однако не исключена возможность встречи мелкоамплитудных нарушений (до 1,5м).

2.Выбор формы поперечного сечения и типа крепи горной выработки.

В данном проекте рассматривается проведение конвейерной печи, которая предназначена для транспортирования горной массы и пропуска вентиляционной струи. Научным и практическим опытом установлено низкая эффективность арочных и стоечных крепей.

Эти виды крепей не несут предварительной нагрузки, не упрочняют свод выработки, трудоемки в установке, многозатратны, имеют по эффективности небольшую область применения. Более того, временной фактор снижает устойчивость крепи и заметно усложняет работу механизированных крепей при добыче.

В мировой практике широко применяют различные виды анкерных крепей, которые обеспечивают в различной степени упрочнение пород свода горной выработки, тем самым, исключая обрушение пород. Исходя из этого, принимаем анкерное крепление выработки, а форму поперечного сечения прямоугольную.

Определение размеров и площади сечения выработки.

В данном проекте рассматривается проведение вентиляционного штрека, который предназначен для транспортирования горной массы и пропуска вентиляционной струи

Площадь поперечного сечения штрека в свету определяется расчетом по допустимой скорости движения воздушной струи, габаритным размерам подвижного состава с учетом минимально допустимых зазоров, величины осадки крепи после воздействия горного давления. Различают площадь поперечного сечения выработки в свету - это площадь поперечного сечения внутри контура крепи выработки,- площадь поперечного сечения выработки в проходке - это площадь поперечного сечения выработки без учета крепи. Согласно требованиям ПБ минимальная площадь поперечного сечения конвейерного штрека - 6,0 м 2 , минимальная высота - 1,8 м.

Ширина выработки в свету на высоте 1,8 м определяется по формуле

В св = m + A 1 + n м

где: В св - ширина выработки в свету, м.;

A 1 - габарит контейнера монорельса, м

n - зазор между контейнером и крепью с ходовой стороны, м

m- зазор между контейнером и крепью с неходовой стороны, м

В св = 0,3+1,4+0,85=2,95 м

Рис. 1. Поперечное сечение выработки

По полученной ширине выработки принимаем типовое сечение в проходке S св = 13,9 м 2 , S прох = 14,0 м 2 .

Размеры типового сечения сводим в таблицу 2.6.1

Принятую площадь поперечного сечения выработки проверяем по максимально допустимой скорости движения воздуха по формуле:

V = Q/ 60*S св м/сек

где: V- скорость воздуха, проходящая по выработке, м/сек

Q- количество воздуха, проходящего по выработки, м 3 /мин.

V = 4000 /60*13,9= 926,66 м 3 /сек.

Полученная скорость движения воздуха удовлетворяет требованиям ПБ, V min = 0,25 м/сек. V max 4 м/с

Таблица 2.6.1 Размеры поперечного сечения штрека

Расчет крепи.

Выбор материала крепи

Выбор материала крепи производится исходя из назначения срока службы выработки, величины и направления гонного давления, формы поперечного сечения горной выработки, конструкции крепи, требований правил безопасности.

Крепёжные материалы должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать высокой прочностью, быть устойчивым с течением времени, иметь не высокую стоимость, быть не огнеопасными и т.д.

Деревянная рамная крепь применяется при сроке службы до 2 - 3 лет в устойчивых и средней устойчивости породах. Металлическая рамная крепь применяется при сроке службы до 10 - 15 лет в разных горногеологических и горнотехнических условиях.

Монолитная бетонная и железобетонная крепь применяется в капитальных выработках, а сборная железобетонная и тюбинговая крепь - в капитальных и других выработках с большим сроком службы и в разных горногеологических и горнотехнических условиях.

Так как срок службы вентиляционного штрека до трех лет,то в проекте принимаем анкерную крепь

Похожая информация.

1)Ширинавыработки в свету по паспорту «Кривбасс проект»:

Всв = 750+1350+450+1350+1000 =4900 мм.

2)Ширина выработки в черне:

Ввч = 4900 + 2 · 60 + 200= 5220 мм.

3)Высота выработки в свету:

Нсв = 1850+= 1850+1650=мм.

где:=В/3=1650

4)Высотавыработки в черне:

Нвч = Нсв + = 3500 + 60 = 3560 мм.

5)Сичение выработки в свету

Sc = Всв·(+ 0.26 · Всв) = 4900 · (1650 +0.29 · 4900) = 14300 мм2 = 14.3м2

6)Сичение выработки в черне:

Sвч = Ввч· (+ 0.26 · Ввч) = 5.22 · (1.65 + 0.26 · 5.22) =15.70 м2

7)Сичение выработки в проходке проходке:

Sпр = Ввч · (1.02 ч 1.05) = 15.70 · 1.05 = 16.48 м2

Поперечное сечение проектируемой выработки

Основные типоразмеры выработки:

1. Высота выработки в свету, Нсв. 2200мм.
2. Высота выработки вчерне, Нвч. 2230мм.
3. Ширина выработки в свету, Всв. 2200мм.
4. Ширина выработки вчерне, Ввч, 2260мм.
5. Высота коробкового свода, hс 1450мм.
6. Толщина свода крепи, d0 30см.
7. Толщина стенки крепи, dс 30см.
8. Большой радиус закругления коробкового свода, ?? 1522мм.
9. Малый радиус закругления коробкового свода, ?? 576мм.
10. Площадь поперечного сечения выработки в свету,Sс 4.4 м2
11. Площадь поперечного сечения выработки вчерне,Sвч 4.5 м2
12. Площадь поперечного сечения выработки в проходке, Sпр 2.1 м2

Размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок в свету зависят от её назначения и определяются, исходя из габаритов подвижного состава и располагаемого в выработке оборудования, обеспечение пропуска требуемого количества воздуха, зазоров между выступающими частями подвижного состава и крепью, предусмотренные Правилами безопасности и способа передвижения людей.

В нашем случае мы проектируем горизонтальную выработку прямоугольно-сводчатой формы с анкерной крепью по кровле.

Прямоугольно-сводчатые сечения используются при проходке выработок без крепи или с возведением облегчённых конструкций крепи. Высота свода в сечениях от 2 до 6,8 м 2 составляет?. ширины выработки.

Площадь поперечного сечения в свету - это площадь по внутреннему контуру установленной в выработке крепи

Расчет сечения выработки

Ширина рассечки

b=b c +2c= 0,95+2 0,3=1,55м

где b c - ширина скрепера, м;

с- зазор между скрепером и боком выработки, м.

В выработке рассматриваемого типа хождение людей допускается только при неработающей скреперной установке. Таким образом, высота выработки в свету принимается минимальной, т.е. 1,8 м.

Высота свода

Высота рассечки по боку (до пяты свода):

1,8 - минимальная высота выработки по ПБ

По рассчитанной площади сечения в свету принимается ближайшее большее из стандартных сечений из табл. 2 (Учебное пособие «Проведение горизонтальных разведочных выработок и камер» Авторы В.И Несмотряев, В.А. Косьянов Москва 2001 г).

Принимается типовое сечение выработки ПС - 2,7

Основные размеры сечения выработки в свету:

Ширина выработки, мм - b = 1550 мм

Высота выработки до пяты свода, мм - h б = 1320 мм

Высота выработки, мм - h = 1850 мм

Радиус осевой дуги свода, мм - R = 1070 мм

Радиус боковой дуги свода, мм - r = 410 мм

Площадь сечения выработки в свету, м 2 - S св = 2,7 м 2 .

Для выработок с анкерной крепью в кровле:

где - высота выработки по боку с учетом выхода анкеров по кровле в выработку на величину д=0,05м.

Расчет прочных размеров крепи, составление паспорта крепления

Вследствие малого сечения выработки, незначительного срока службы, горно-геологических условий и имеющихся материалов применяем металлическую распорную анкерную крепь АР-1

Все расчеты прочности закрепления в шпуре анкерной крепи произведены по формулам из справочника «Теория и практика применения анкерной крепи» Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981 г.

ц - угол трения пород, 30град

D - диаметр распорной муфты, 32см

h - высота распорной муфты, 30см

у сж - предел прочности породы на сжатие

б - половина угла симметричного клина, 2град

р 1 - угол трения стали по стали,0,2град

Необходимая длина анкер L а в кровле и высота возможного вывала пород выработки находится из выражений:

L а = b+ L 2 + L 3 =0,04+0,35+0,05=0,44м;

где L 2 - величина заглубления анкеров за контур возможного вывала пород (принимается равной 0,35 м); L 3 - длина анкера, выступающего за контур выработки, L к = 0,05 м; а n = полупролет выработки в проходке, м; h - высота выработки в проходке, м.

Коэффициент, характеризующий устойчивость боков выработки;

Коэффициент, характеризующий наклон призмы сползания в боках выработки (принимается по Таблице 12.1. Теория и практика применения анкерной крепи. Автор А.П. Широков. Москва «Недра» 1981 г);

ц б - угол внутреннего трения (сопротивления) пород в боках выработки; К к - коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в кровле выработки (принимается по Таблице 13.1);

f к - коэффициент крепости пород в кровле выработок;

К сж - коэффициент концентрации сжимающих напряжений на контуре выработки, значение которого принимается по табл. 12.2;

г - средний удельный вес толщ пород, залегающих над выработкой до поверхности, МН/м 3 ; Н - глубина выработки от поверхности, м;

К б - коэффициент, учитывающий уменьшение прочности пород в боках выработки, значение которого принимается по Таблице 12.1;

f б - коэффициент крепости пород по М.М. Протодъяконову в боках выработки.

Принимаем длину анкера в кровле L к = 0,5м.

В связи с тем, что ш0, анкерование боков выработки не производится.

Площадь кровли, поддерживаемая одним анкером,

где F к - площадь кровли, поддерживаемая одним анкером, м 2 ;

Р к - прочность закрепления анкера в шпуре, пробуренном в кровле;

Коэффициент запаса, учитывающий неравномерность распределения загрузки на анкер и возможность пригрузки со стороны вышележащих слоев, принимается равным 4,5;

б - угол наклона выработки, градус 0 0

Расстояние между анкером в ряду: