Строительство горных предприятий
Содержание
Введение
1. Проектирование взрывных работ при проведении горизонтальных выработок
2. Расчет проветривания тупиковых горных выработок
3. Выбор бурильных машин и определение их производительности
4. Выбор погрузочного оборудования и определение производительности погрузки
5. Организация горнопроходческих работ и технико-экономические показатели
Литература
Введение
Месторождение Нурказган расположено в Бухар-Жырауском районе
Карагандинской области, в 30км к северу от г. Караганды, в 10км на север от г.
Темиртау, в 2,5км от северного берега Самаркандского водохранилища.
Железнодорожная станция Мурза (пос. Актау) находится в 8км к северо-востоку от
месторождения. Ближайшая асфальтированная автодорога проходит в 3-4км к
северо-западу, автодорога Астана-Алматы - в 7км западнее. Линия
электропередачи, напряжением 110 кВ, находится в 8км. К месторождению подведена
ЛЭП 35 кВ.
Месторождение расположено в экономически развитом Карагандинском
промышленном районе. В г. Темиртау располагаются крупнейшие в республике
предприятия черной металлургии, химической промышленности, в пгт. Актау -
цементный завод. В промышленном районе работают угольные шахты Карагандинского
угольного бассейна и угольный разрез Кушокы.
Обзорная карта района месторождения Нурказган
Гидрографическая сеть представлена средним течением р.Нуры,
зарегулированным у г.Темиртау Самаркандским водохранилищем с объемом воды 250
млн.м3 и площадью водной поверхности - 75 км2. Наибольшая
ширина водохранилища - 4км, глубина - 19м.
Средний объем весеннего стока р.Нуры - 150 млн.м3. Средние
месячные расходы в половодье - 1,29-1,28 м3/сек, в летнюю межень -
0,2-0,6 м3/сек.
В геоморфологическом отношении площадь относится к низкогорному
мелкосопочнику, представленному тремя типами рельефа.
По морфологическим особенностям месторождение в общем плане представляет
собой линейно вытянутую в субмеридиональном направлении круто падающую (60-80°)
рудную залежь. Она прослежена по простиранию на 800м и характеризуется изменениями
мощности до 400м в центральной части, постепенно уменьшаясь в северном и южном
направлении до 40-50м. Оруденение прослежено до глубины 1200м.
При изучении данных по состоянию керна в скважинах разведочного и
инженерно-геологического бурения отмечаются зоны ослабления пород и зоны
дробления, фиксируемые на различной глубине и, по-видимому, связанные с
трещинами тектонического и магматического происхождения. Характерна
приуроченность их к зонам разломов и приконтактовым зонам внедрения интрузий.
Характерно уменьшение частоты встречаемости зон дробления в интервале 200-450м
и увеличение их в интервале 450-600м. Мощность зон дробления ограничивается
несколькими метрами. Физические и физико-механические свойства пород
обусловлены их генезисом, петрографическим составом, а также различной степенью
трещиноватости как экзогенной, так и первичной.
По физическим свойствам породы тела и боковые породы разнятся в небольших
пределах. Несколько отличаются от остальных показатели интрузивных брекчий,
демонстрирующие большую плотность (2,80 г/см3), повышенный удельный
вес (2,84 г/см3) и более высокое водопоглощение (0,33%). Прочностные
свойства интрузивных брекчий при этом слабее. Предел прочности при одноосном
сжатии у брекчий 35,61 МПа, у туфов - 42,16, у остальных пород находится в
пределах 56,69-57,89 МПа.
Сравнение обобщенных по разрезу прочностных характеристик выявило, что
более крепкими являются кварцевые диориты и гранодиориты, менее крепкими туфы и
интрузивные брекчии. Уменьшение прочностных свойств интрузивных брекчий
объясняется их неоднородностью и анизотропностью, характерной для
брекчированных структур. Для туфов характерна повышенная трещиноватость,
неоднородность состава и изменчивость условий залегания. Кроме того, все типы
пород в той или иной степени подвержены метасоматозу, что также регулирует их
физические и прочностные свойства.
Значения коэффициента крепости по шкале проф. Протодьяконова составляют
1-14, с преобладанием значений 7-9. Горные породы по этому параметру относятся
к средним и крепким породам (III-V
категории). Содержание свободной кремнекислоты в рудах и окварцованных породах
достигает 10-70 %, поэтому месторождение считается силикозоопасным.
Инженерно-геологические условия района месторождения Нурказган по
сложности изучения и разработки отнесены к средней категории сложности с
преимущественным развитием полускальных и скальных пород, ослабленных
трещиноватостью, обводненных, открытых или перекрытых с поверхности связными
породами невыдержанной мощности.
1. Проектирование
взрывных работ при проведении горизонтальных выработок
С учетом крепости пород рудника принимаем ВВ аммонит АП-6ЖВ со следующими
показателями: диаметр патрона 0,032 м, вес патрона 0,3 кг, плотность ВВ в
патроне Δ = 1200 кг/м3, работоспособность ВВ 360 см3.
Определение удельного расхода ВВ.
Для определения удельного расхода ВВ используют эмпирическую формулу
проф. Н.М.Покровского
, кг/м3,(1.1)
где q1 = 0,1f -
расход ВВ при стандартных условиях взрывания;
f -
коэффициент крепости породы 8,00;
f0 - коэффициент структуры породы,
принимающий следующие значения: вязкие, упругие и пористые породы - 3,0;
v -
коэффициент зажима породы, при одной обнаженной поверхности ;
Sвч - сечение выработки вчерне, 27,6 м2;
- коэффициент работоспособности ВВ;
АВВ - работоспособность применяемого ВВ, 360см3,
таблица 1.1;
- коэффициент, учитывающий диаметр патрона ВВ, для патронов
диметром 28, 32, 36, 40 и 45 мм соответственно равен 1,14; 1,0; 0,89; 0,8;
0,71.
³
Таблица 1.1 - Работоспособность и плотность ВВ в патронах
Тип ВВ
|
Аммониты
|
Аммоналы
|
Детонит М
|
Угленит Э-6
|
|
6ЖВ
|
Скальный № 1
|
АП-5-ЖВ
|
Т-19
|
Скальный № 3
|
М10
|
|
|
АВВ, см3
|
360
|
450
|
320
|
270
|
450
|
430
|
470
|
150
|
Δ, кг/м3
|
1000-1200
|
1430-1580
|
1000-1150
|
1050-1200
|
1000-1100
|
950-1200
|
920-1200
|
1100-1250
|
Определение глубины шпура lшп
=4,2м. .
Применяем бурильную установку "Мономатик" 105-40(HLX) глубина шпуров ограничивается ходом
подачи бурильной головки.
Определение числа шпуров
Число шпуров определяется по формуле
, шт,(1.2)
- диаметр патрона ВВ, 0,032м;
=3,8/4,2=0,90 - коэффициент заполнения шпуров, мм;
lз - длина заряда шпура, м;
k -
коэффициент уплотнения ВВ при заряжании, равный для обычных патронов 1,1.
шт.
Расстояние между оконтуривающими шпурами определяется по формуле
, м.м.(1.3)
Число оконтуривающих шпуров определяется из выражения
, шт,шт.(1.4)
где Р − периметр расположения шпуров, м.
Количество отбойных шпуров определяется как
, шт.шт.(1.5)
Определение расхода ВВ.
Общее количество ВВ для отбойки определяется по формуле
, кг.кг(1.6)
Средняя величина заряда в шпурах определяется по формуле
, кг.кг.(1.7)
Для определения величины заряда во врубовых, отбойных и оконтуривающих
шпурах полученную среднюю величину заряда умножают на следующие поправочные
коэффициенты - для врубовых шпуров на 1,2, для отбойных и оконтуривающих - на
0,85-0,9
, , .(1.8)
кг кг кг.
Количество патронов ВВ в шпурах определяется по формуле
, , ,(1.9)
шт. шт. шт., где рпат - вес патрона ВВ,
кг, и округляется до ближайшего целого числа.
Окончательно величина заряда во врубовых, отбойных и оконтуривающих
шпурах определяется по формуле
, кг , кг , кг.(1.10)
кг кг кг
Фактический расход ВВ на цикл взрывания рассчитывается по формуле
, кг.(1.11)
, кг
Выход горной массы за цикл определяется по формуле
, м3,(1.12)
где η - коэффициент использования шпура (КИШ), принимаемый в
зависимости от крепости пород (0,9)
м³
Расход ВВ на 1 м шпура определяется по формуле
, кг/м,(1.13)
где - суммарная длина всех шпуров, м.
кг/м.
На основании выполненных расчетов строится паспорт буровзрывных работ
(БВР), который включает: схему расположения шпуров в трех проекциях с указанием
необходимых размеров; конструкцию зарядов в шпурах, таблицы с указанием номеров
и очередности взрывания шпуров, длины шпуров, угла наклона шпуров, величины
заряда в шпурах (приложение 1).
Показатели буровзрывных работ сведем в таблицу 1.2.
Таблица 1.2.-
Показатели буровзрывных работ
Наименование
|
Ед. изм.
|
Кол-во
|
Удельный расход ВВ
|
кг/м3
|
3,1
|
Расход аммонита АП-6ЖВ на
цикл
|
кг
|
315,0
|
Расход аммонита АП-6ЖВ на 1
м шпура
|
кг/м
|
0,8
|
Коэффициент использования
шпура
|
-
|
0,8
|
Расход электродетонаторов
на цикл
|
шт
|
97
|
Выход горной массы
|
м3
|
104,3
|
2.
Расчет проветривания тупиковых горных выработок
Одиночные выработки с тупиковыми забоями проветривают вентиляторами
местного проветривания (ВМП) по трем схемам: нагнетательной, всасывающей и
комбинированной. Наиболее широкое распространение получила нагнетательная схема
проветривания, которая и принимается для последующих расчетов.
Расчет количества воздуха по расходу ВВ определяется по формуле
,(2.1)
где Т − время проветривания выработки после взрывания, Т = 30 мин;
VВВ
− объем
вредных газов, образующихся после взрыва ВВ, м3;
,(2.2)
где Апор − количество одновременно взрываемого ВВ по
углю и породе, кг;
Sсв − средняя площадь поперечного
сечения выработки в свету при переменном сечении, м2;
ln − длина тупиковой части выработки, м;
Кут. − коэффициент утечек воздуха в вентиляционных
трубопроводах, принимаемый для гибких трубопроводов типа диаметром 0,6-1,0 м
исходя из его длины и диаметра (1,08).
Таблица 2.1 - Значения коэффициента обводненности
Характеристика выработок
|
Кобв
|
Горизонтальные и наклонные
выработки, проводимые по сухим породам (приток до 1 м3/час)
|
0,8
|
Горизонтальные и наклонные
выработки, частично проводимые по водоносным породам (приток до 6 м3/час)
|
0,6
|
Горизонтальные и наклонные
выработки, на всю длину проводимые по водоносным породам (приток от 6 до 15 м3/час)
|
0,3
|
Обводненные выработки
(приток более 15 м3/час)
|
0,15
|
Количество воздуха по числу работающих людей определяется по формуле
QЗП = 6nл, м3/мин,QЗП = 6·2=12,
м3/мин,(2.3)
где nл - наибольшее число людей, одновременно работающих в
забое выработки.
Расчёт количества воздуха по минимальной скорости движения воздуха
производится по формуле
QЗП = 60VminSсв, м3/мин,ЗП =
60·0,25·27,0=5,7, м3/сек(2.4)
где Vmin - минимально допустимая скорость
движения воздуха в призабойном пространстве, м/с.
Расчет количества воздуха по выделению выхлопного газа производится по
формуле
Q=g·K·w, м³/мин,=2,76·354·1,36=22 м³/сек (2.5)
При выборе вентилятора принимается максимальное значение количества
воздуха QЗП по всем факторам.
Необходимая подача вентилятора определяется по формуле
Qв = KутQЗП ,в = 1,08·5,8=6,3м³/сек(2.6)
где Кут. − коэффициент утечек воздуха в вентиляционных
трубопроводах, принимаемый для гибких трубопроводов исходя из его длины и
диаметра (1,08).
Аэродинамическое сопротивление трубопровода из прорезиненных труб
определяется по формуле
, кμ/м,(3.7)
кμ/м,
где L - длина трубопровода, 120м;
dтр - диаметр трубопровода0,6 м;
n1 и n2 - число поворот9,4ов трубопровода на 90 и 45°
соответственно;
rтр - удельное аэродинамическое
сопротивление гибкого вентиляционного трубопровода без утечек воздуха при длине
звена 20 м, принимаемое из таблицы 2.2.
Таблица 2.2 - Значения rтр
Диаметр трубопровода, м
|
0,5
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
Удельное аэродинамическое сопротивление
rтр
|
0,177
|
0,071
|
0,0161
|
0,0053
|
Давление вентилятора, работающего на гибкий вентиляционный трубопровод
(депрессия трубопровода), определяется по формуле
, даПа.(2.8)
даПа.
Полученную аэродинамическую характеристику трубопровода совмещают с
аэродинамическими характеристиками вентилятора и выбирают наиболее подходящий
(рисунок 2).
Необходимым требованиям удовлетворяет вентилятор ВМЭ-8.
Технические характеристики:
Номинальный диаметр рабочего колеса, мм 708
Частота вращения ротора, мин-1 3000
Номинальная подача, м³/сек 10
Номинальное полное давление, Па 3200
Мощность электропривода, кВт
Напряжение, В 380/660
660/1140
Длина, мм 1310
Ширина, мм 910
высота, мм 1100
Масса комплекта, кг 650
. Выбор
бурильных машин и определение их производительности
Буровые работы проектируются с учетом получения наилучших показателей:
максимальной скорости бурения шпуров, минимальных затрат на вспомогательные
операции при бурении и наименьших трудозатрат.
Выбор бурильной машины для бурения шпуров в
горизонтальной выработке производится из справочников с учетом следующих
требований:
тип бурильной машины должен соответствовать крепости
пород в обуриваемом забое;
технические возможности бурильной машины должны
обеспечивать обуривание забоя выработки по высоте и ширине;
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.
Эксплуатационная производительность бурильных установок определяется по
формуле
, м/смену,(3.1)
где n - число бурильных машин; kо - коэффициент одновременности бурения: для одной
бурильной машины kо = 1;
v -
скорость бурения, принимаемая по технической характеристике бурильной машины,
1,35м/мин;
Σt - удельные затраты времени на вспомогательные работы, Σt = 0,5мин.
Техническая
характеристика бурильной установки "Мономатик" с одной бурильной
установкой
Площадь сечения выработки вчерне, м227,6
Размеры забоя, обуриваемого с одной позиции, мм:
Ширина5950
Высота5150
Число бурильных машин1
Диаметр шпура, мм51
Скорость бурения, м/мин 1,35
"Мономатик" 105-40 (HLX-5) является компактной, универсальной, электрогидравлической буровой
кареткой с одной стрелой, используемой для проходки горных выработок с сечением
до 41м².
= 78 м/ч.
4.
Выбор погрузочного оборудования и определение производительности погрузки
взрывной
горный выработка бурильный
Погрузку взорванной породы производят погрузо-доставочными машинами.
Выбрана TORO-0011 фирмы "Tamrock", емкость ковша 10,7м³.
Сменная эксплуатационная производительность ПДМ определяется по формуле:
Псм= Птех·Тсм· kисп
, т/см Псм=
360·366· 0,8=1745 т/см (4.1)
где Птех - техническая производительность погрузочных машин, т/час;
k -
коэффициент снижения производительности машины.
Эксплуатационную производительность определим по формуле (4.2)
=
где V - емкость кузова, м3;
kЗ - коэффициент заполнения кузова, kЗ =0,9;
РТЕХ - техническая производительность погрузочной машины, м3/час;
vСР - средняя скорость
транспортирования, км/час.
5. Организация
горнопроходческих работ и технико-экономические показатели
Организация работ является одним из главных факторов повышения
технико-экономических показателей. При строительстве подземных сооружений
буровзрывным способом совершенствование организации работ производится в
следующих направлениях: выполнение работ по графику цикличности; планово-предупредительный
ремонт механизмов для обеспечения бесперебойной их работы; укомплектование
бригады квалифицированными проходчиками; бесперебойное материально-техническое
и энергетическое снабжение.
Наиболее прогрессивной организацией труда является проведение работ по
графику цикличности. Цикличная организация работ предусматривает выполнение
технологических процессов в определенной последовательности в установленное
графиком время. График цикличности увязывает в пространстве и времени
выполнение всех технологических процессов с учетом объема работ,
производительности оборудования, числа и расстановки рабочих.
Определим величину заходки по формуле
, (5.1)
Объём работ по процессам на цикл определяется по формулам:
бурение шпуров
Wб = N · lшп, м,Wбур = 97 · 3,8 = 368,6 шпм,(5.2)
погрузка горной массы
Wпогр= Sпр · lц , м3, 27,6·3,8 = 104,9 м3,(5.3)
крепление выработки бетоном, набрызг-бетоном
Wкр.б = S · с , м3,Wкр.б = 20.8·0.05=1.047 м3,(5.4)
крепление выработки анкерами
Wкр.а = S / а · d , шт
Wкр.а = 20,8 / 1 · 1=20 шт(5.5)
η - КИШ;
Lкр - шаг крепи, м;
с - толщина бетонной крепи, м;
а х d - сетка расположения анкеров, м;
По сборнику ЕНиР Е36 "Проходческие работы" определяется состав
и квалификационный разряд исполнителей, нормы времени, поправочные коэффициенты
к ним (из соответствующих параграфов, вводной и технической частей к каждому
разделу).
Составляется калькуляция затрат труда, таблица 5.1
Определяются комплексные показатели:
комплексная норма времени по формуле
, чел-ч/мз, чел-ч/мз,(5.6)
комплексная норма выработки по формуле
, мз/чел-см, мз/чел-см,(5.7)
расчетная численность рабочих на цикл
, чел,(5.8)
Суммарный поправочный коэффициент к основным проходческим процессам
определяется по формуле (7.21) при Корг=1, Кбр=0,97, Кч=0,94
и Кпр=1,1
.(5.9)
Продолжительность выполнения основных проходческих процессов определяется
по формулам.
часа ≈ 145 мин,(5.10)
часа = 84
мин,(5.11)
часа ≈ 65 мин. (5.12)
где П - число бурильных или погрузочных машин;
- снижение эксплуатационной производительности машины при
совместной их работе (kС = 0,95 для бурильных установок, kС = 0,85 для погрузочных машин).
Время основных операций корректируется коэффициентами Корг, Кбр,
Кч и Крп,
Продолжительность проходческого цикла при последовательном выполнении
основных процессов при буровзрывном способе проходки определяется по формуле
, (5.13)
где tпс - продолжительность приема-сдачи
смены, tпс = 0,6 часа;
п3- число проходчиков, участвующих при заряжании шпуров;
tв - продолжительность проветривания, tв = 0,2 часа;
tпб - продолжительность приведения забоя
в безопасное состояние, tпб = 0,2 часа;
tб, tп, tкр, - продолжительность основных
операций проходческого цикла: бурение, погрузка и крепление, час;
- суммарный поправочный коэффициент
Тц = 10 + 0,05·97/2+30+30+(145+84+65)·1,21 ≈ 443мин = 7.4 часов.
Продолжительность вспомогательных процессов (немеханизированных)
определяется на основе норм времени и численности проходчиков, занятых на
данной работе (навеска вентиляционных труб)
где Wi - объем i-го процесса;
пi - число рабочих, выполняющих i-й процесс;
Кв - коэффициент выполнения нормы времени.
Численность проходчиков, занятых на выполнении механизированных
процессов, устанавливают по расстановке их на рабочем месте с учетом правил
эксплуатации проходческих машин.
Таблица 5.1 - Затраты труда
Процесс
|
Объём работ по i-му
процессу на цикл
|
Норма времени по ЕНиР по i-му
процессу, чел-ч/ед.из
|
Поправочный коэффициент
|
Принятая норма времени, чел
ч/ед.из
|
Затраты труда по i-му
процессу, чел ч/ед.из
|
i
|
Wi
|
Hврi
|
Пк
|
|
|
Бурение, шп·м
|
194
|
0,0224
|
0,8
|
0,018
|
3,5
|
Заряжание,взрывание
|
42
|
0,018
|
0,7
|
0,013
|
0,5
|
Погрузка, м3
|
152
|
0,02
|
0,9
|
0,018
|
2,7
|
Возведение анкерной крепи,
шт
|
37,5
|
0,123
|
1
|
0,123
|
4,6
|
Навеска вент. труб, м
|
2
|
0,054
|
1
|
0,054
|
0,11
|
åТрi = 11,41
|
Расчетная скорость проведения выработки рассчитывается
, м/мес м/мес.(5.15)
где Nмес - число рабочих дней в месяце;сут - число
часов в сутки по проведению выработки.
Производительность труда измеряется в м3 или м готовой
выработки на одну человеко-смену и определяется по формулам
(5.16)
где n - списочный состав проходческой
бригады.
По полученным расчетным параметрам составляются графики организации
(цикличности) работ по следующей форме, таблица 5.3.
Составляется таблица основных технико-экономических показателей.
Основные технико-экономические показатели сведем в таблицу 5.2
Таблица 5.2 -
Основные технико-экономические показатели
Наименование
|
Единицы измерения
|
Количество
|
Площадь сечения выработки,
в свету/в проходке
|
м2
|
27.0/27.6
|
Коэффициент крепости пород,
f
|
-
|
8,0
|
Подвигание забоя за
цикл/смену
|
м
|
3,6
|
час
|
7
|
Число циклов в сутки
|
-
|
2
|
Число проходчиков в смену
|
чел.
|
2
|
Списочный состав
проходческой бригады
|
чел.
|
6
|
Расчетная скорость
проведения выработки
|
м/мес
|
293
|
Производительность труда
члена бригады
|
м3/чел-см
|
43.9
|
Таблица 5.3 - График организации работ
Литература
Покровский Н.М. Комплексы подземных горных выработок и
сооружений. - М.: Недра, 1987. - 248 с.
Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г. Крепление
капитальных и подготовительных горных выработок: Справочник. - М.: Недра, 1989.
- 571 с.
Шехурдин В.К. Задачник по горным работам, проведению и
креплению горных выработок. - М.: Недра, 1985. - 240 с.
Смирняков В.В., Вихарев В.И., Очкуров В.И. Технология
строительства горных предприятий: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1989. - 573
с.
Рудничная вентиляция: Справочник/Н.Ф.Гращенков, А.Э.Петросян,
М.А.Фролов и др.; Под редакцией К.З.Ушакова. - М.: Недра, 1988. - 440 с.
Горнопроходческие машины и комплексы: Учебник для
вузов/Л.Г.Грабчак, В.И.Несмотряеев, В.И.Шендеров и др. - М.: Недра, 1990. - 336
с.
Технология строительства подземных сооружений. Строительство
горизонтальных и наклонных выработок: Учебник для вузов/И.Д.Насонов,
В.А.Федюкин, М.Н.Шуплик и др. - М.: Недра, 1992. -