Проведение горной выработки

Проведение горной выработки

1. Определение площади и формы поперечного сечения и вида крепи выработки

Размеры поперечного сечения выработки (ширина, высота, площадь) зависит от ее назначения, габаритов транспортного оборудования, способов проведения, передвижения людей и количества проходящего по выработке воздуха, другие зазоры, предусмотренные ПБ.

В данном проекте рассматривается технология проведения ярусного вентиляционного штрека (это выработка, не имеющая выхода на поверхность, предназначенная для транспортировки оборудования, передвижения людей и подачи свежей струи воздуха в очистной забой).

Площадь поперечного сечения выработки в свету определяется расчетом по факторам допустимой скорости воздушной струи (проветривания), габаритных размеров подвижного состава и оборудования с учетом минимальных допустимых зазоров, величины усадки крепи после воздействия горного давления и безремонтного их содержания в течении всего срока эксплуатации.

Расчетная площадь поперечного сечения выработки в свету должно обеспечивать пропуск расчетного количества воздуха с допустимой скоростью согласно ПБ.

S_св=, м²

где Q = 1794 м³/мин - расчетное количество воздуха,

V=8 м/с - допустимая скорость движения воздуха по ПБ,

S_св==3,73 м²

Определение S_св.тр

S_св.тр = 0,5 ∙ В²_р ∙ tan α + h ∙ B_р

S_св.тр = 0,5 ∙ 13,9 ∙ 0,22 + 7,46 = 8,98 м²

S_св.мин = 6 м²

S_св.тр = 8,98 м²

S_св.в = 3,73 м²

Минимальное сечение выработки в свету для пропуска воздуха должно быть менее 6,9 м².

Руководствуясь «Прогрессивными схемами ведения подготовительных работ» для обеспечения участка необходимым количеством воздуха, а также для лучшего обслуживания транспортных средств, габаритами оборудования и минимальными допустимыми зазорами согласно ПБ в курсовом проекте принимаем сечение выработки в свету S_св=8,98 м², принимаем ширину выработки в свету 3730 мм, высоту выработки в свету 2500 мм.

Сечение имеет прямоугольную форму с косой кровлей, соответствующая углу падения пласта.

2. Расчет анкерной крепи

В настоящее время наиболее широкое применение для крепления подготовительных (пластовых) выработок получила анкерная сталеполимерная крепь. Она состоит из анкера (диаметром d_ан=20 или 24 мм), закрепляемого в скважине (диаметром d_c=28 мм) быстродействующими смолами и поддерживающих элементов (опорные шайбы, подхваты). В качестве затяжки широкое применение получила металлическая сетка.

Параметрами анкерной крепи является количество анкеров в ряду n_ан, длина анкера l_ан и расстояние между рядами анкеров a_ан.

Расчетное расстояние между рядами анкеров в кровле определяется по формуле

а_ak =  = 2,14 м

Проверка расстояния между рядами анкеров в кровле

а_анк = , м; а_ak = 1,07 м

Расчет произведен согласно «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи в угольных шахтах России». С-Петербург. 2000 г. Исходные данные из расчета

Расчетная минимальная глубина заложения выработки - 138 м

Ширина выработки - В=3,73 м

Расчет крепления кровли выработки

Расчетное сопротивление пород сжатию в кровле определяется для всех слоев, залегающих на расстоянии равном ширине выработки по формуле

R_с=, МПа

где - сопротивление сжатию различных слоев пород, МПа

m₁₂ - мощность слоя, м

k_c - коэффициент учитывающий нарушенность массива пород k_c = 0,9

В-ширина выработки, м

R_с==39 МПа

Непосредственная кровля пласта по устойчивости относится к I классу кровля неустойчивая 30< R_с<60 МПа I типа R_с< 90.

Ожидаемое смещение пород кровли 180 мм

При ожидаемых смещениях кровли 180 мм крепление и поддержание выработки можно производить одной анкерной крепью с сопротивлением крепи Р_а=45 кН/м² длиной анкеров l_a=1,8 м (определяемыми по табл. 1 «Инструкции»).

Количество анкеров в рядах кровли принимается в зависимости от ширины выработки n_ak=4 при 3,73 м<В<5 м.

Расчет крепления боков выработки

Необходимость установки и расчета параметров анкерной крепи в боках выработки определяется по степени относительной напряженности пород и пласта, расположенных в боках.

Согласно п. 4.2. «Инструкции…» степень относительной напряженности пород расположенных в боках выработки определяется по формуле

σ_б=К_в*К_вл*К₀γН/R_cб

где γ - средний объемный вес пород, принимаемый равным 0,025 МН/м³,

Н - глубина расположения от поверхности, принимаемый равным 138 м,

К_в - 1,5 - коэффициент концентрации в боках от проходки,

К_вл - 1 - коэффициент увеличения напряжений в боках от других выработок,

К₀ - коэффициент увеличения напряжений в боках выработки при расположении ее в зоне влияния опорного давления от очистных работ при l_ц≥0,1Н равен 1

σ_б=1,5∙1∙1,85∙0,025∙138 / 13=0,73

Согласно п. 4.3 «Инструкции.» при σ_б<1 крепление боков выработки анкерной крепью не предусматривается.

3. Технология проведения горной выработки и организация проходческих работ

Принимаем комплекс оборудования:

комбайн 1ГПКС

ленточный конвейер КЛКТ-800 с перегружателем ПЛц-45

Техническая характеристика комбайна 1ГПКС

Производительность, т/мин

по углю……………………………………………………………. 2,0

по породе……………………………………………………….. 0,66

Скорость передвижения комбайна, м/с………………………. 0,133

Мощность электродвигателей, кВт……………………………..110

Площадь сечения, м²……………………………….……….….6-17

Масса комбайна базового, т…………………………………. 21,0

Высота, м…………………………………………….…………2-4,05

Ширина, м………………………………………….…….….. 2,6-4,7

Длина, м…………………………………………….…….…….. 10,5

Техническая характеристика перегружателя ПЛц-45

Производительность, т/ч…………………………………………215

Ширина и длина ленточного полотна, мм……………………450*8

Скорость движения ленты, м/с…………………………………. 1,86

Масса, кг…………………………………………………………..224

Техническая характеристика ленточного конвейера КЛКТ-800

Скорость движения ленты, м, с………………………………2,0 2,5

Производительность, т/ч…………………………………….420; 520

Номинальная ширина ленты, мм………………………………..800

Максимально возможная длина конвейера……………………1000

Допустимый угол наклона выработки, град……………от -3 до +10

Мощность привода, кВт………………………………………..2 х 75

Номинальный диаметр роликов, мм…………………………….108

Телескопичность, м………………………………………………..50

Тип ленты…………………………………….……..резинотканевая

Максимальная масса конвейера, т………………………………60

Технология проведения выработки это расстановка машин и механизмов, отделение горной массы от массива ее погрузка и транспортировка, а также по возведению крепи. Исходя из выше сказанного в курсовом проекте для проведения ярустного вентиляционного штрека принимаем технологическую схему с применением проходческого комбайна 1ГПКС, ленточного перегружателя ПЛц-45 с погрузкой и транспортировкой горной массы по выработки на ленточный конвейер типа КЛК-800.

После обработки забоя комбайном 1ГПКС до необходимого сечения, производится оборка кровли и бортов выработки от отслоившихся кусков породы и угля пикой l=2,5 м.

Проходчики, занятые обработкой кровли, должны находиться под защитой постоянной крепи

После сборки кровли, пространство между возводимым и ранее установленным верхняком крепи перетягивается решетчатой затяжкой. Из-под защиты постоянной крепи подвешивается металлическая решетчатая затяжка к ранее установленной решетке, которые соединяются между собой при помощи замка и металлического прутка.

На крепеподъемник комбайна 1ГПКС укладывается верхняк швеллер №8, и поднимается к кровле выработки.

Верхняк проверяется по заданному маркшейдерскому направлению и с шагом установки крепи - 1,0 м поджимается к кровле выработки, при помощи крепеподъемника комбайна 1ГПКС, рабочий орган комбайна остается в верхнем положении и блокируется.

Рабочие при помощи пневмоустановки Ромбор, через отверстие в верхняке, бурят шпур длиной 1,9 м, при помощи анкера d=20 мм в шпур вставляют две химические ампулы и при помощи этого же анкера химические ампулы разрушаются. На конец штанги одевается шайба и закрепляется гайкой. Затяжка производится до обеспечения контакта кровли с элементом крепи.

После отхода забоя на 10-15 метров необходимо вторично подтянуть гайки анкеров, а в дальнейшем подтягивать по мере необходимости.

По окончании крепления приступают к вспомогательным работам (настилка рельсового пути, наращивание трубопроводов и т.п.).

Запрещается:

оставлять забой не закрепленным на последующие смены,

включать комбайн в работу без предварительной проверки наличия и целостности зубков рабочего органа

При замене зубков комбайн устанавливается так, чтобы рабочий орган комбайна находился в закрепленном пространстве не на расстоянии не ближе 1,5 м от забоя

Электроэнергия с комбайна снимается, а кнопка «стоп» фиксируется в отключенном положении.

Работы по наращиванию рельсового пути, наращиванию вентиляционного става и противопожарного става производится в 1ю смену.

. Расчет проветривания выработки

Расчет проветривания тупиковой выработки включает в себя отделение необходимого количества воздуха, требуемой производительности и депрессии вентилятора местного проветривания (ВМП), а также минимального расхода воздуха в месте установки ВМП. На основе полученных значений выбирают оптимальный ВМП из выпускаемых промышленностью для угольных шахт.

Расчет необходимого количества воздуха (расхода) Q_зн для шахт Кузбасса определяется по следующим факторам метановыделению, разбавлению ядовитых газов после взрывных работ и минимальной скорости движения воздуха. На других месторождениях также производят расчет по тепловому фактору (глубокие шахты) и по числу одновременно находящихся в выработке людей.

При проведении пластовых выработок проходческим комбайном расход воздуха по метановыделению можно определить по формуле

Q_зн = 100 ∙ I_n / C - C₀, м³/мин

где I_n - метанообильность подготовительной выработки 4,6 м³/мин,

С - допустимая концентрация СН₄ в исходящей вентиляционной струе, %,

С₀ - допустимая концентрация СН₄ в поступающей в забой струе, %

Q_зн = 100 ∙ 4,6 / 1-0,5 = 920

Расход по минимальной скорости движения воздуха

Q_зн = 60∙V_min∙S_cв, м³/мин,

где V_min - минимально допустимая по ПБ скорость воздуха в выработке

,25, м/мин

Q_зн = 60 *0,25*8,98 = 134,7 м³/мин

Из полученных расчетных значений Q_зн выбираем большее значение, на основе которого определяют требуемую производительность ВМП

Q_в = K_ym∙Q_зн, м³/мин,

где Q_в - производительность ВМП, м³/мин,

K_ym - коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе 1,5,

Q_зн - максимальное значение расхода воздуха для проветривания выработки

920 м³/мин

Q_в = 1,5 ∙ 920 = 1380 м³/мин

Согласно ПБ подача воздуха ВМП не должна превышать 70% расхода воздуха в выработке в месте его установки. Минимальный расход воздуха в выработке со сквозным проветриванием где будет установлен ВМП

Q_св = 1,43 ∙ Q_в ∙ 1,1, м^3/мин,

Q_св = 1,43 ∙ 1380 ∙ 1,1 = 2170 м³/мин,

По полученным значениям из специальных сводных графиков выбираем вентилятор ВМЭ-12А

Техническая характеристика вентилятора ВМЭ-12А

Длина проветриваемых выработок, м…………………………….500

Сечение проветриваемых выработок, м²…………………………24

Диаметр рабочего колеса номинальный………………………..1200

Подача номинальная, m³/s………………………………………….21

Подача в пределах рабочей области, m³/s……………….…….10-30

Давление номинальное / полное, daPa…………………..260/80-300

КПД максимальный полный, не менее……………………….. 0,72

Мощность электропривода, кВт………………………………..110

Напряжение, В……………………………………………380/660

Габаритные размеры: длина / ширина / высота….2280/1350/1750

Масса вентилятора, кг…………………………………………2200

5. Разработка графика цикличной организации проходки выработки

При проведении ярусного вентиляционного штрека проходческий цикл состоит из следующих рабочих процессов подготовительно-заключительные операции, выемка горной массы комбайном с одновременной ее погрузкой на ленточный конвейер, крепление, наращивание ленточного конвейера, наращивание вентиляционной трубы.

Для расчета графика организации работ нужно определить трудоемкость. Расчет производится в таблице

Определение продолжительности проходческого цикла

Определение скорости проведения выработки

Месячная скорость проведения выработки может составить:

V_m = n_д ∙ l_ц ∙ n_ц ∙ n_c

где V_m - месячная скорость подвигания забоя, м/мес.;

n_д - число рабочих дней в месяце 30;

l_ц - подвигание забоя за цикл, 1 м;

n_ц - число циклов в смену, 4 шт.;

n_с - число смен по проведению выработки в сутки, 3.

n_ц =  = 4 цикла

V_m = 30 ∙ 1 ∙ 4 ∙ 3 = 360 м/мес.

Определение себестоимости проходки 1 м выработки

Расчет себестоимости проведения горной выработки и других сложных технологических процессов на современном горном предприятии, является довольно трудоемким и выполняется специалистами с соответствующей подготовкой. Однако существуют затраты, которые составляют основу себестоимости проведения одного метра. В проекте используем формулу, учитывающею основные виды затрат

С=(С_з + С_м + С_а + С_з) / L_сут, руб.

где С - себестоимость проведения 1 м выработки, руб.,

С_м - затраты на материалы, руб.,

С_а - суточные амортизационные отчисления, руб.,

С_з - затраты на электроэнергию, руб.,

L_сут - подвигание забоя за сутки, L_сут=12 м

Суточные затраты по каждой позиции сводим в таблицы.

Затраты на материалы С_м

Расчет суточного фонда заработной платы С_з

Затраты на амортизацию С_а

Затраты на электроэнергию С_э

Себестоимость проведения одного погонного метра конвейерного штрека определяется, как сумма вышеприведенных затрат на суточное проведение забоя.

С = (8483,8+41448+373200+11625,9) / 12 = 36229,8 руб.

Прогноз горных ударов при ведении очистных работ

Понятие о горном ударе

Горный удар происходит в результате концентрированного накопления потенциальной энергии упругого сжатия горных пород и характеризуется как мгновенное высвобождение этой энергии. В результате происходит внезапное хрупкое разрушение сильно напряженных угля и боковых пород, сопровождается резким сильным звуком.

Горные удары возникают при определенной глубине разработки (более 200 м).

Местами проявления горных ударов могут быть подготовительные и очистные выработки, целики угля.

В подготовительных выработках, проводимых по мощным пластам или однородным породам, горные удары возникают в момент взрыва зарядов, расширения и перекрепления выработок, при этом, как правило, разрушение происходит со стороны незакрепленного участка выработки.

В очистных выработках горные удары чаще всего возникают во время выемки угля.

По силе проявления горные удары подразделяются на следующие виды:

Собственно горный удар - это быстро протекающее разрушение целика или краевой части массива угля (породы), проявляющиеся в виде выброса угля (породы) в подземные выработки с нарушением крепи, смещением машин, механизмов, оборудования. Удар сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива и образованием большого количества пыли. Может сопровождаться значительным газовыделением.

Микроудар - быстро протекающее незначительное разрушение массива угля (породы), проявляющееся в виде выброса или осыпания угля (породы) в горные выработки без нарушения крепи и без смещения машин и механизмов. Микроудар сопровождается звуком, незначительным сотрясением горного массива и образованием пыли.

Толчок - проявляется в разрушении пласта угля (породы) в глубине массива без выброса в горную выработку. Толчок сопровождается звуком, сотрясением массива, появлением пыли.

Стреляние - проявляется в отталкивании от угольного пласта (пород) отдельных кусков и сопровождается резким звуком.

Признаки, предшествующие горному удару.

Горному удару предшествуют следующие признаки:

. Усиленное давление на крепь.

. Удары и треск в массиве угля различной силы и частоты.

. Зажатие бурового инструмента.

. Шелушение забоя.

. Стреляние отслоившихся кусочков угля (породы).

При появлении предупредительных признаков, необходимо:

. Оповестить работающих в выработке;

. Выйти вместе с ними из выработки;

. Сообщить горному диспетчеру.

Прогноз удароопасности угольных пластов

По степени опасности возникновения горных ударов пласты подразделяются на опасные и угрожаемые.

К опасным - относятся пласты на тех горизонтах шахтного поля, в пределах которого происходили горные удары, а также пласты на нижележащих горизонтах того же шахтного поля.

К угрожаемым - относятся пласты с глубины не менее 150 м.

Определение категории удароопасности по выходу буровой мелочи.

Бурят шпуры, собирают буровую мелочь с каждого метра шпура. По количеству буровой мелочи с помощью специальной номограммы определяют категорию удароопасности пласта.

Определение категории удароопасности по изменению естественной влажности.

При бурении шпуров отбирают пробы штыба и лабораторным путем определяют влажность каждой пробы. По величине средней влажности определяют категорию удароопасности пласта.

Определение категории удароопасности по сейсмоакустической активности.

Под действием напряжений в массиве сейсмоакустические колебания улавливаются датчиками сейсмоакустической станции.

Мероприятия по предупреждению горных ударов.

Для безопасного ведения горных работ предусматривается:

Опережающая отработка защитных пластов;

Специальные схемы вскрытия, подготовки и отработки пластов.

Создание защитных зон в призабойной части угольного пласта

Опережающая отработка защитных пластов

Применение опережающей отработки позволяет снизить горное давление на угольный пласт подверженный горным ударам.

При разработке свиты пластов в первую очередь разрабатывают защитный пласт. Если в свите пластов все пласты, опасные по горным ударам разрабатывают в первую очередь пласт, обеспечивающий наибольшую эффективность защиты.

Специальные схемы вскрытия, подготовки и отработки ударных пластов

Снижение удароопасности пластов достигается не только специальными способами, но и соответствующим выбором технологии ведения горных работ. Раскройка шахтных полей должна обеспечивать планомерную отработку угольных пластов. Если при раскройке полей не будут учтены основные принципы предотвращения горных ударов то в процессе разработки угольных пластов появятся зоны с повышенной удароопасностью.

Применяется в тех случаях, когда опережающая отработка защитных пластов невозможна.

Способы создания защитной зоны следующие:

бурение разгрузочных скважин большого диаметра;

камуфлетное взрывание;

нагнетание воды в пласт.

Бурение разгрузочных скважин

Эффект способа заключается в том, что вокруг скважин, пробуренных в сильно напряженных участках, происходит интенсивное разрушение угля, что обеспечивает разгрузочное действие в массиве угля. Скважины бурят по схеме: в подготовительных забоях и капитальных выработках - по направлению подвигания выработки; при очистных работах - из подготовительных выработок параллельно очистному забою или со стороны очистного забоя. Длина скважин 6-12 м, расстояние между скважинами от 1,5 до 3 м; диаметр 250 мм.

Камуфлетное взрывание

Такое взрывание вызывает внутри горного массива без видимого воздействия на выработку. Это обеспечивает разгрузочное действие в массиве. При применении комуфлетного взрывания бурят скважины длиной 10 м, диаметром 43 мм, заполняют зарядом ВВ наполовину длины скважины, остальную часть заполняют глиной или гидрозабойкой.

Для обеспечения безопасности людей при взрывании они должны быть выведены на расстояние не менее 200 м.

Нагнетание воды в пласт

Для нагнетания воды в пласт, по пласту бурят скважины с некоторым опережением лавы. Объем нагнетания воды устанавливается в зависимости от естественной влажности угля.

Требования, предъявляемые к рабочим, работающим на выбросоопасных пластах.

Необходимо хорошо знать предупредительные признаки внезапных выбросов. В отдельных случаях они возникают за несколько часов до внезапного выброса, поэтому вовремя распознанные предупредительные признаки, о которых нужно немедленно сообщить горному диспетчеру, помогут предотвратить аварию.

В целях личной безопасности нужно постоянно иметь при себе изолирующий самоспасатель.

Твердое знание плана ликвидации аварий, где четко предусмотрен маршрут движения из аварийного участка, знание расположения пунктов самоспасения и умение пользоваться ими - гарантия избежать несчастного случая.

Следует помнить основные требования к поведению рабочих при внезапном выбросе угля и газа, определенные «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах»:

Необходимо немедленно включиться в изолирующий самоспасатель, выходить кратчайшим свободным путем на свежую струю и отключить напряжение на электрооборудовании в зоне выброса.

Если в результате аварии пути выхода перекрыты, следует включиться в средства самоспасения и ждать прихода горноспасателей.

Для предотвращения взрыва метана запрещается пользоваться переключающими устройствами светильника.

крепь выработка порода горный

Список литературы

1.   Основы горного дела: Учебное пособие 4.1. Е.А. Бобер, В.В. Егошин, Е.В. Кухоренко; Кузбасский гос. тех. универ. Кемерово 1996 г.

2.      Правила безопасности в угольных шахтах; Москва. 2003 г.

.        Справочник: Машины и оборудование для шахт и рудников. С.Х. Клорикьян, В.В. Старичнев; Москва 2000 г.

.        Экономика горного производства и менеджмент, В.А. Скукин, А.Н. Супруненко, Кемерово 2007 г.

.        Рудничная вентиляция: справочник / Л.И. Айзеншток; Под редакцией Г.Я. Пейсаховича, И.П. Ремизова.-М: Недра, 1985 г.