Строительство вертикальных выработок

Министерство образования Российской Федерации МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет РПМ

Кафедра строительства подземных сооружений и шахт

Курсовой проект

на тему:

"Строительство вертикальных выработок"

Выполнили:

ст. группы СП-1-06

Нгуен К.Х.

Проверил:

проф. Франкевич Г.С.

Москва 2010

Оглавление

1. Выбор технической схемы строительства ствола и варианта его оснащения

2. Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа и расчет крепи

2.1 Расчет устойчивости породы

2.2 Расчет крепи ствола

3. Расчет параметров буровзрывных работ

3.1 Выбор взрывчатого вещества и средств взрывания

3.2 Определение диаметра шпура и конструкции заряда

3.3 Удельный расход ВВ

3.4 Определение количества шпуров

3.5 Схема расположения шпуров в забое ствола

3.6 Определение общего количество ВВ на цикл Q и массы заряда в шпурах q_ш.

4. Выбор бурового оборудования и определение производительности и времени бурения шпуров

5. Расчет количества воздуха для проветривания ствола и выбор вентиляционной установки

6. Расчет производительности и времени погрузки породы

7. Расчет производительности проходческого подъема

8. Расчет трудоемкости работ проходческого цикла и разработка графика организации работ

1. Выбор технической схемы строительства ствола и варианта его оснащения

Учитывая значительную глубину проектируемого ствола (Н=750м) и небольшую среднюю крепость пересекаемых пород (f=4), наиболее целесообразно в этом случае использование совмещенной технологической схемы. Последовательная схема в данных горно-геологических условиях не применяется, а применение параллельно-щитовой технологической схемы затруднено незначительной прочностью и трещиноватостью вмещающих ствол пород, что может привести к заклиниванию щита-оболочки и его повреждению.

Строительство башенного копра проектом не предусматривается. Проектируемый вспомогательный ствол служит в основном для целей улучшения проветривания шахты, а также выдачи породы, спуска-подъема людей, оборудования и материалов. Поэтому для его быстрого оснащения к проходке целесообразно использовать модифицированную схему V, позволяющую значительно сократить время на оснащение ствола до 6 месяцев.

Первоначально ствол проходится с использованием проходческого шахтного копра и передвижной подъемной машины МПП-9, которая позволяет осуществлять проходку ствола до глубины 370 м с погрузкой породы в бадьи емкостью до .

В это же время на поверхности монтируется постоянная подъемная машина и начиная с глубины 370 м и до конечной глубины ствола 750 м проходка ствола осуществляется с ее помощью. При этом передвижная проходческая машина демонтируется и проходческий копер переоборудуется.

2. Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа и расчет крепи

2.1 Расчет устойчивости породы

,

В зависимости от полученной категории устойчивости выбирается конструкция крепи вертикальных стволов. В породах I, II и III категорий устойчивости в стволах с жесткой армировкой для протяженных участков ствола вне зоны влияния очистных работ и водоносных горизонтов применяется монолитная бетонная крепь из бетонов классов В15, В20 и В25. Так как С>3 - категория устойчивости II (среднеустойчивые), то расчет крепи ствола производится следующим образом.

2.2 Расчет крепи ствола

 - нормативное давление горных пород на крепь. При

Определяем соотношение

,

следовательно, необходимо определить давление подземных вод по формуле:

Отсюда расчетное горизонтальное давление:

Общее давление на крепь ствола:

Толщина бетонной крепи класса В20 составит:

Принимаем

Проверим остаточный водоприток в ствол в результате возможной фильтрации воды через бетонную крепь

Полученная толщина крепи позволяет определить размеры проектируемого ствола вчерне и проходке.

шпур бурение строительство порода

3. Расчет параметров буровзрывных работ

3.1 Выбор взрывчатого вещества и средств взрывания

Пылегазовый режим шахты II, а коэффициент крепости пород равен: , то взрывчатое вещество принимаем IV класса - Аммонит T-19. За средство взрывания принимаем электродетонаторы ЭД-8ПМ - для врубовых шпуров и ЭДКЗ-ПМ-15 - для отбойных и оконтуривающих шпуров с интервалом замедления 15 мс.

3.2 Определение диаметра шпура и конструкции заряда

Оценивая преимущества и недостатки шпуров разного диаметра, выбираем наиболее оптимальный диаметр: , а диаметр шпура . При проходке ствола будем принимать колонковую конструкцию заряда, патрон боевик располагается первым от устья ствола. Т.к. диаметр патрона 36 мм, то масса ВВ в патроне составляет 3,0 Н, ориентировочная длинна 210 мм.

Отношение длины заряд к длине шпура :

3.3 Удельный расход ВВ

, кг/м³

где q₁ - коэффициент взрываемости горной породы;

 - коэффициент структуры породы; ,  - коэффициент зажима породы при взрывании;

S_вч - сечение выработки вчерне, м²

 м, S_вч = 41,8 м²,

 - коэффициент работоспособности ВВ;

А = 280 см³,

 - коэффициент, учитывающий диаметр патрона ВВ;

,  кг/м³

Принимаем среднее значение  исходя из результатов расчета  и табличных значений  (по таб. 4.5) и по таб. 4.6 q=0,9 кг/м³

 кг/м³,  кг/м³

3.4 Определение количества шпуров

, шт

где  - удельный расход ВВ, кг/м³

S_вч - площадь сечения ствола вчерне, м²

 - диаметр патрона ВВ, м

 - плотность ВВ в патронах, кг/м³

 - коэффициент заполнения шпура

 - коэффициент плотности ВВ в шпурах при заряжании

, , ,

 шпуров

Т.к. диаметр ствола в чернее 7,3 м и количество шпуров 85 шт., то по табличным данным число окружностей получается равным 4. Так как для бурения шпуров предполагается использовать бурильную установку БУКС-1 м, принимаем глубину шпуров . Количество шпуров по их типам, диаметры окружностей, на которых располагаются шпуры, количество шпуров на каждой окружности и расстояния между шпурами определим на основании табл. 4.10. Расчет ведем в табличной форме, и его результаты заносим в таблицу:

Таблица

Фактическое количество шпуров N = 90 несколько больше полученного по расчету.

3.5 Схема расположения шпуров в забое ствола

Принимаем расположение шпуров по 4 окружностям. На первой, внутренней, будут располагаться врубовые шпуры, на второй и третьей - отбойные, на четвертой, внешней, окружности - оконтуривающие шпуры. Применяем призматический вруб, так как породы средней крепости .

3.6 Определение общего количество ВВ на цикл Q и массы заряда в шпурах q_ш.

Общий расход ВВ на цикл определяется по формуле:

 кг

Средняя масса заряда каждого шпура составляет:

 кг

Фактическая величина шпуров принимается:

врубовые  кг

обойные  кг

оконтуривающие  кг

Определим массы заряда и числа патронов в шпуре по их типам:

Таблица

где  - масса одного патрона ВВ, кг;

 - длина одного патрона, м.

Отсюда:

 кг,

 кг,

Фактический расход ВВ на цикл составляет:

 кг

Фактический удельный расход ВВ составляет:

 кг/м³

Удельное количество шпуров на 1 м² площади забоя ствола составляет:

4. Выбор бурового оборудования и определение производительности и времени бурения шпуров

Исходя из диаметра ствола в свету 7,3 м, глубины шпуров  м и крепости пород f=4 по табл.5.1 можно выбрать несколько бурильных установок для бурения шпуров. Выбираем БУКС-1у2М. для погрузки породы предполагается использование погрузочной машины 2КС-1МА. Поэтому принимаем две установки БУКС-1у2М.

Производительность бурения шпуров по формуле:

 (5.3)

=0,7 - коэффициент одновременности работы бурильных машин

=0,8 - коэффициент надежности установки

Количество перфораторов , одновременно работающих в забое, определяется из выражения:

, (5.1)

где  - площадь забоя на один перфоратор (принимается 4-5м² при обычной проходке ствола и 1,5 - 2м² - при скоростной проходке);

;

 - площадь поперечного сечения вчерне.

Каждый перфоратор обслуживает один человек. На каждые 3 - 4 рабочих перфоратора предусматривается один резервный. Средний расход воздуха на один перфоратор 3,5 - 4,0м³ /мин.

 шт.

=3 мин - время вспомогательных работ при бурении 1м шпура

 - механическая скорость бурения шпура диаметром 46 - 52 мм

При f=6 = 1м/мин

При бурении шпуров диаметром 40 - 43мм скорость бурения увеличивается на 20 - 25%. Общее время бурения шпуров с учетом подготовительно-заключительных работ:

, (5.4)

где  - число шпуров;

 - глубина шпуров, м;

 - производительность бурения, м/ч;

 - время подготовительно-заключительных работ (40 - 60 мин для бурильных установок и 25 - 30 мин для ручных перфораторов);

.

Время на бурение шпуров составит (формула (5.4)):

.

После бурения шпуров приступают к их заряжанию ВВ. Шпуры заряжают взрывники и проходчики, имеющие "Единую книжку взрывника". Число проходчиков, участвующих в заряжании шпуров, определяют из расчета 7-10 м² площади забоя ствола вчерне на одного проходчика.

Продолжительность заряжания одного шпура составляет в среднем 6-8 мин. Время заряжания одного шпура патронами диаметром 40 мм, включая забойку шпура гранулированным шлаком, монтаж электросети и ее проверку можно определить по эмпирической зависимости:

, мин. (5.5)

Время заряжания одного шпура:

.

Количество проходчиков занятых на заряжании, определяется по формуле:

, чел,

где  - площадь поперечного сечения вчерне;

 - диаметр ствола в свету.

Количество проходчиков занятых на заряжании, составит:

 чел.

Общее время заряжания и взрывания:

, ч, (5.6)

где  - число шпуров;

 - число проходчиков, занятых на заряжании;

 - коэффициент одновременности работ по заряжанию;

 - 25-30 мин - время подготовительно-заключительных работ при заряжании.

Общее время заряжания и взрывания:

После заряжания шпуров монтируется антенна и подсоединяется к магистрали, производится подъем полка на взрывобезопасную высоту (30м от забоя), магистраль соединяется с кабелем взрывания, из ствола на поверхность поднимаются все люди и удаляются из копра, выставляются посты, производится проверка взрывником сопротивления взрывной цепи и осуществляется взрывание

5. Расчет количества воздуха для проветривания ствола и выбор вентиляционной установки

Для проветривания ствола принимаем нагнетательную схему проветривания с подачей воздуха по трубам диаметром 0,8м.

Расход воздуха для проветривания определяем по всем четырем факторам.

По формуле (6.3) определяем аэродинамическое сопротивление става труб:

По формуле (6.2) находим коэффициент утечек воздуха:

Так как проектируемый ствол относится к глубоким, первоначально определяем критическую глубину ствола по формуле (6.4).

Предварительно определив входящие в эту формулу коэффициенты.

.

..

Так как Н_кр = 473 м < Н = 750м, в формулу (6.1) вместо Н подставляем Н_кр.. Определяем расход воздуха по ядовитым газам ВВ (формула (6.1)):

.

Расход воздуха по наибольшему числу людей (6.12):

Расход воздуха по минимальной скорости движения воздушной струи (6.13):

 м³/мин.

Используя зависимости (6.7) - (6.11) определяем количество воздуха, необходимое для проветривания ствола по фактору газовыделения.

 м³/т.

 м³/мин.

 м³/мин.

 м³/мин.

 м³/мин.

Максимальный расход воздуха  по ядовитым газам ВВ.

Подача вентилятора:

.

Аэродинамическое сопротивление трубопровода:

.

Давление вентилятора:

.

6. Расчет производительности и времени погрузки породы

Исходя из заданных глубины ствола Н=750м и его диаметра вчерне 7,3 м для погрузки породы по таб. 7.1 выбираем погрузочную машину 2КС-1МА со средней эксплуатационной производительностью 190.

Объём взорванной породы, подлежащий погрузке, составит:

Где:  - площадь ствола в проходке

 - длина шпура

 - коэффициент использования шпура

Коэффициент  для грейферной погрузочной машины 2КС-1МА при глубине шпуров 3м составляет 0,9.

Погрузка породы производится в бадьи БПС-5 (диаметр бадьи ).

По формуле 7.6 определяем коэффициент

Где:  - диаметр бадьи,  - диаметр грейфера с раскрытыми лопастями

Так как коэффициент крепости по заданию f=4, то . Размеры ствола позволяют использовать в работе две бадьи, принимаем .

Используя формулы (7.4) и (7.5) определяем время погрузки породы в первой фазе:

 (7.4)

Где:  - время работы машины по погрузке породы в бадью

 - технологические простои машины, связанные с маневрами бадьи в забое

 - коэффициент, учитывающий неравномерность работы, регламентированный отдых, простои по организационным причинам и т.д., равный 1,15 - 1,2

 (7.5)

Где:

 - доля породы в первой фазе,  - коэффициент разрыхления породы,  - техническая производительность машины; ,  - коэффициент одновременности работы машин, равный 1 при n=1 и 0,75 - 0,8 при n=2

Объём породы в первой фазе нагрузки составляет:

Производительность погрузки породы в I фазе составит:

Эта величина потребуется в дальнейшем для определения производительности проходческого подъема.

Время погрузки породы во второй фазе определим по формуле (7.7), имея в виду, что для повышения производительности применяем пневмомониторы:

Где:  чел. - число рабочих, занятых на погрузке породы во II фазе,  - производительность одного рабочего по погрузке породы во II фазе

Общее время погрузки составит:

Производительность погрузки породы:

7. Расчет производительности проходческого подъема

Ствол проходится по совмещенной технологической схеме и оборудован двухконцевым подъемом. Продолжительность цикла подъема определяем по формуле:

Число подъемов в час равно n=3600/192=19

Емкость бадей определяем по формуле:

Принимаем бадью типа БПС-5. Определяем суммарный вес бадьи:

Вес породы и воды в бадье:

Концевая нагрузка на канат:

Расчетный вес 1м каната

По таблице 8.5 выбираем канат диаметром 43 мм, вес 1м - 10,14кг суммарное разрывное усилие всех проволок в канате 186000кг.

Действительный запас прочности принятого каната:

Требование правил безопасности соблюдается.

Статическое окруженное усилие:

Диаметр барабана подъемной машины:

Требуемая ширина барабана подъемной машины:

Выбираем стационарную подъемную машину ЦР-4х3/0,7 с допустимой скоростью подъема 12 м/с и статическим натяжением каната 250 кН.

По таб.8.1 выбираем в зависимости от глубины и диаметра ствола проходческий копер II типа (укосный).

Производительность транспортирования породы на поверхности определяем по зависимости (8.16) - (8.17), принимая расстояние до ствола L=3 км.

,

Необходимое количество автомашин:

8. Расчет трудоемкости работ проходческого цикла и разработка графика организации работ

Время на крепление ствола монолитным бетоном определяется по следующей зависимости:

Пользуясь таб.9.2 по коэффициенту крепости пород f=4 определяем категорию пород по крепости - III.

Основываясь на данных таб.9.3 - 9.8 рассчитывается трудоемкость операций проходческого цикла в табличной форме

Таблица

Производительность труда проходчиков составит: