Расчёт параметров для проведения подэтажного штрека
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине Шахтное и подземное
строительство
Задание на курсовое проектирование
Параметр
|
Величина
|
Производительная мощность
рудника, млн.т/год
|
1
|
Протяженность выработки, м.
|
100
|
Тип выработки
|
Подэтажный штрек
|
Глубина заложения
выработки, м.
|
200
|
Коэффициент крепости пород
|
8
|
Абразивность пород, гр.
|
46
|
Объемная масса пород
налегающей толщи, т/м3.
|
1,7
|
Объемная масса пересекаемых
пород, т/м3.
|
1,6
|
Обводнённость выработки,
м3/ч
|
10
|
Оглавление
Введение
. ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО
СЕЧЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК И РАСЧЕТ КРЕПИ
.1 Области эффективного применения
транспортного оборудования
. ВЫБОР И РАСЧЕТ ГОРНОЙ КРЕПИ
.1 Расчет набрызгбетонной крепи
. ВЫБОР ГОРНОПРОХОДЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
.1 Выбор буровых машин
.2 Расчет технологических параметров
буровых машин
.3 Расчёт производительности буровых
машин
.4 Выбор погрузочных машин
. РАСЧЁТ ОРГАНИЗАЦИИ
ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ И КРЕПЛЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ
ВЫРАБОТОК
.1 РАСЧЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВСЕГО
ЦИКЛА
.2 УСТАНОВЛЕНИЕ СОСТАВА И ОБЪЁМА
ВЫПОЛНЯЕМЫХ РАБОТ
.3 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ
МЕХАНИЗИРОВАННОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ
.4 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЗАРЯЖАНИЯ
ШПУРОВ
.5 Продолжительность выполнения
вспомогательных операций
.6 Продолжительность выполнения
подготовительно-заключительных операций
.7 Продолжительность продувки шпуров
.8 Продолжительность взрывания
шпуров
.9 Общая продолжительность заряжания
шпуров и взрывания
.10 Продолжительность погрузки
горной массы погрузочно-транспортными машинами
.11 Продолжительность возведения
набрызгбетонной крепи
Заключение
Список использованных литературных
источников
Введение
Строительство и реконструкция горнодобывающих предприятий, а также
подготовка новых блоков, участков и горизонтов на действующих предприятиях
требует выполнения большого объёма работ по проведению и креплению горных
выработок различного назначения.
Способ проведения горных выработок - это определенная совокупность
производственных процессов и операций при проведении горных выработок.
Различают две группы способов проведения горных выработок - обычные и
специальные. Обычные способы проведения горных выработок применяют при
проведении выработок в устойчивых, малообводнённых породах. Специальные способы
проведения горных выработок применяют при проведении выработок в сложных
условиях: неустойчивых, сыпучих или водообильных породах.
По способу разрушения горных пород различают способы проведения выработок
с помощью:
буровзрывных работ;
проходческих комбайнов;
гидромеханизации;
отбойных молотков.
Буровзрывной способ проведения горных выработок применяют при любой
крепости пород. На рудных шахтах этот способ получил наибольшее
распространение.
1. ВЫБОР
ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК И
РАСЧЕТ КРЕПИ
1.1 Области эффективного применения транспортного оборудования
Зазор между габаритами транспортного оборудования и крепью на
прямолинейных участках выработок при автотранспорте должен быть не менее:
мм при монолитной бетонной, железобетонной и каменной крепях;
мм при деревянной, металлической и рамных конструкциях бетонной и
железобетонной крепи.
Ширина пешеходной дорожки должна быть не менее 700 мм на высоте 1800 мм
от уровня трапа.
Для рудников с большой производственной мощностью (более 500 тыс. т/год)
с доставкой руды самоходным оборудованием расход воздуха может определяться по
следующей формуле:
(1.1)
где
kо - коэффициент одновременности работы самоходных
машин (принимается равным 0,9; 0,85 при одновременной работе соответственно
двух, трёх и более машин); n - количество самоходных машин, одновременно
работающих в шахте; = 6,8 м3/(мин*кВт) = 5 м3/(мин*л.с) - норма расхода
воздуха на 1 кВт (1 л.с.) номинальной мощности дизельного двигателя внутреннего
сгорания; Nдв - номинальная мощность двигателя внутреннего сгорания одной
самоходной машины, кВт.
МДж/м3;
(1.2)
, МДж/м3;
, МДж/м3;
где
энергетический коэффициент запаса прочности пород на
контуре горной выработки; - удельная энергоёмкость разрушения горного массива
при сжатии, ; -
удельная потенциальная энергия сил гравитации, МДж/м.
2. ВЫБОР И
РАСЧЕТ ГОРНОЙ КРЕПИ
Предварительно выбрать тип крепи можно по энергетическому коэффициенту
запаса прочности пород на контуре горной выработки:
Таблица 1 - Выбор типа крепи по энергетическому коэффициенту запаса
прочности пород
Значение энергетического
коэффициента запаса прочности пород
|
Рекомендации по выбору типа
крепи
|
3 = < < 4Целесообразно применение комбинированной
крепи из анкеров и набрызгбетона или арочной металлической податливой крепи
из спецпрофиля
|
|
Таблица 2 - Выбор типа крепи по условиям её применения
Условия применения крепи
|
Вид крепи
|
Крепкие трещиноватые,
легковыветривающиеся породы
|
Набрызгбетонная
|
2.1 Расчет набрызгбетонной крепи
Удельная энергоемкость разрушения при отрыве:
, (2.1)
Расстояние
от центра выработки до трещины отрыва:
=0,9 , м
(2.2)
где
r - радиус горной выработки, м (принимается равным
половине высоты выработки).
Расстояние
от контура выработки до трещины отрыва:
∆=, м. (2.3)
Максимально
возможная нагрузка на крепь со стороны кровли:
, кПа.
(2.4)
Толщина
набрызгбетонного покрытия:
, м
(2.5)
м
где
-нормативная нагрузка со стороны кровли, кПа; -коэффициент, учитывающий условия работы бетона; -расчётное сопротивление набрызгбетона растяжению,
МПа.
Вывод:
Для прямоугольно-сводчатого сечения выработки, исходя из расчётов выбрали
набрызгбетонную крепь, толщина крепи 0,03м.
3.
ВЫБОР ГОРНОПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
При выборе буровых машин на первом этапе, исходя из крепости и
абразивности (табл. 3) горного массива, выбирается рациональный способ бурения
(табл. 4).
Таблица 3 - Классификация горных пород по абразивности
Абразивность пород
|
Характерные породы
|
Класс
|
Степень
|
Показатель, мг
|
|
VI
|
Повышенной абразивности
|
46
|
Крупнозернистые граниты,
кварцевые порфириты
|
Таблица 4 - Способы бурения и рекомендуемые параметры буровых машин
Способ бурения
|
Свойства горного массива
|
Осевое усилие, кН
|
Частота вращения, с-1
|
Энергия ударов, Дж Частота
ударов, с-1
|
|
коэф-нт крепости
|
класс абразив-ности
|
|
|
|
Ударно-поворотный
|
8
|
VI
|
1,1÷2
|
1÷1,5
|
30 ÷ 200 30 ÷ 50
|
На втором этапе, принимая во внимание диаметр и длину шпура ( скважины),
определяют возможные варианты буровых машин ( табл. 5).
Таблица 5 - Выбор способа бурения, типа бурильных машин и установочных
приспособлений
Коэффициент крепости пород
|
Способ бурения
|
Тип бурильных машин и
установочных приспособлений
|
8
|
Ударно-поворотный
|
Ручные (ПР), переносные
(ПП) и телескопные (ПТ) перфораторы, переносные бурильные установки (УПБ-1,
ЛПК-1У и др.)
|
3.1 Выбор буровых машин
При выборе бурильной установки необходимо руководствоваться следующими
положениями:
1. способ бурения бурильной машины должен соответствовать крепости и
абразивности пород в обуриваемом забое;
2. размеры зоны бурения должны быть больше или равны высоте и ширине
обуриваемого забоя;
. наибольшая длина шпуров по технической характеристике бурильной
машины (установки) должна соответствовать максимальной длине шпуров (по
паспорту БВР);
. ширина бурильной установки не должна превышать ширину
применяемых транспортных средств (электровоза, вагонеток,
погрузочно-транспортных машин).
Для окончательного выбора конкретной буровой машины используют следующие
критерии:
1. лучшие условия безопасности труда бурильщика;
2. более высокий уровень механизации и автоматизации вспомогательных
операций;
. максимальные скорость бурения и сменная производительность;
. минимальная стоимость бурения.
Выбор бурового инструмента можно производить по табл. 6.
Таблица 6 - Выбор буровых штанг для перфораторного бурения
Диаметр шпура (скважины),
мм
|
Рекомендуемые
|
тип резьбы
|
40
|
32
|
Круглая
|
Таблица 7 - Области применения коронок для перфораторного бурения
Диаметр коронки, мм
|
Энергия удара перфоратора
(Дж), до
|
32÷43
|
63,74
|
Для данной выработки выбираем бурильную установку УБШ208-А с бурильной
головкой ПК75А.
3.2 Расчет технологических параметров буровых
машин
Машины ударно-вращательного бурения с выносными бурильными головками:
Частота вращения бурового инструмента:
(3.1)
Оптимальное
осевое усилие:
(3.2)
Начальная
механическая (теоретическая) скорость бурения:
(3.3)
Теоретическая
скорость бурения шпура (скважины) на глубине L:
(3.4)
Средняя
скорость бурения шпура до глубины L:
(3.5)
3.3 Расчёт производительности буровых машин
Техническая производительность бурильной установки:
Техническая производительность переносного (телескопного) перфоратора:
,
где
t - вспомогательное время бурения, отнесенное к 1м
шпура, мин.
Эксплуатационная
производительность переносного (телескопного) перфоратора:
,
где
-продолжительность смены, ч; -продолжительность подготовительно-заключительных
операций, ч; -продолжительность обслуживания рабочего места, ч; -коэффициент, учитывающий время на отдых.
Техническая
производительность бурильной установки:
где
КГ = 0,9 - коэффициент готовности установки;
R = 2 -
количество бурильных машин на установке;
Ко
= 0,8 - коэффициент одновременности работы бурильных машин коэффициент
одновременности работы бурильных машин.
Vох = 5м/мин -
скорость обратного хода бурильной головки;
Тз
= 1мин - продолжительность замены коронки ;
В
= 30м - стойкость коронки на одну заточку;
Тн
= 1мин - продолжительность наведения бурильной головки на очередной шпур;
Тзб
= 1мин - продолжительность забуривания шпура;
L = 3м - глубина
шпура;
α = 0,04 м-1
Ко
принимается в зависимости от их количества
Эксплуатационная производительность бурильной установки:
(3.7)
где
Топ - продолжительность простоев по организационным причинам, мин; Тп
- время перегона установки из одного в другой забой, мин; m -число
шпуров в забое.
3.4 Выбор погрузочных машин
Погрузка горной массы является одним из наиболее трудоёмких процессов
проходческого цикла и занимает 30 ÷ 40 % его продолжительности.
Погрузку и транспортирование породы при проведении выработок могут
осуществлять комплексы на базе погрузочно-транспортных машин с грузонесущим
кузовом или ковшом типа ПТ и ПД. Для данного типа выработки принимаем
погрузочно-транспортную машину ПД-5А. Применение ПТМ позволяет увеличить
скорость проведения выработок и повысить производительность труда (так как в
этом случае резко сокращается численность рабочих в забое).
Расчёт производительности ковшовых ПТМ
Техническая производительность ПТМ:
(3.8)
Продолжительность
цикла работ ПТМ:
3,49+0,326+0,11=3,94
мин (3.9)
Продолжительность
цикла наполнения ковша:
мин
(3.10)
Продолжительность
цикла разгрузки ковша:
, мин
(3.11)
Продолжительность
рейса ПТМ:
, мин
(3.12)
Эксплуатационная
производительность ПТМ:
, /смену (3.13)
4. РАСЧЁТ
ОРГАНИЗАЦИИ ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ И КРЕПЛЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И
НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК
Примем последовательную схему организации работ, т. к. продолжительность
цикла равна сумме времени, затрачиваемого на выполнение всех основных процессов
с учётом времени на все подготовительно - заключительные операции.
4.1 Расчет продолжительности всего цикла
(4.1)
где
tб, tз, tв, tп, tкр, tк - продолжительность соответственно бурения шпуров,
их заряжания, взрывания зарядов, погрузки горной массы, крепления выработки,
наращивания транспортных и силовых коммуникаций, мин.
мин
Для
проектируемого забоя примем недельный режим работы с 5 рабочими днями.
Продолжительность рабочей смены примем 7 часов.
4.2 Установление состава и объёма выполняемых работ
В
состав работ по строительству горной выработки входят следующие процессы:
· проведение выработки;
· крепление выработки;
· устройство водоотводной канавки;
· прочие работы (навеска вентиляционных труб, устройство
сланцевых заслонов и т.п.).
Проведение выработки при буровзрывном способе проведения выработки
включает в себя следующие основные и вспомогательные процессы:
· бурение шпуров;
· заряжание шпуров и взрывание зарядов;
· проветривание забоя;
· приведение забоя в безопасное состояние;
· погрузку горной массы и её транспортирование до обменного или
перегрузочного пункта;
· установку временной крепи (в случае неустойчивых пород);
Проведение выработки при комбайновом способе проведения выработки
включает в себя следующие основные и вспомогательные процессы:
· выемку горной массы и её транспортирование до обменного или
перегрузочного пункта;
· осмотр и ремонт комбайна;
· установку временной крепи (в случае неустойчивых пород);
Крепление выработки включает в себя:
· снятие временной крепи (если она предусмотрена);
· возведение постоянной крепи.
Устройство водоотводной канавки включает в себя отбойку и погрузку горной
массы и крепление канавки.
Настилка пути включает в себя снятие временных и укладку постоянных
рельсовых путей, балластировку пути.
Объёмы работ на цикл по процессам определяются по следующим формулам:
, м (4.2)
,м3 (4.3)
(4.4)
где
- объёмы работ соответственно, погрузке горной массы,
креплению выработки (рамной крепью), проведению канавки, наращиванию вентиляционных
труб; - количество шпуров на забой; - средняя глубина шпуров, м; - площадь поперечного сечения выработки в проходке, ; - КИШ =
0,9; - коэффициент излишка сечения; Lp - шаг
установки крепи в выработке, м; - число
путей в выработке, шт.
4.3 Продолжительность механизированного бурения
шпуров
,мин
(4.6)
где
- эксплуатационная производительность перфоратора
(бурильной установки), м/мин; = 30 ÷ 45 - продолжительность выполнения
подготовительно-заключительных работ, включая разметку шпуров, мин.
Для
взрывания шпуров выбираем взрывчатое вещество Гранулит АС-8 и зарядчик ЗП-5.
Продолжительность
механизированного заряжания шпуров и взрывания определяется в следующей
последовательности:
4.4 Продолжительность заряжания шпуров
(4.7)
где
- продолжительность заряжания 1 м шпура, мин; - диаметр шпуров, м; -
коэффициент плотности заряжания, ; - коэффициент заполнения шпура; - число зарядчиков зарядной машины; - производительность зарядной машины, шпуров/мин.
4.5 Продолжительность выполнения вспомогательных
операций
, мин. (4.8)
где
= 1,33 - продолжительность выполнения вспомогательных
операции при заряжании одного шпура, мин/шпур.
4.6 Продолжительность выполнения
подготовительно-заключительных операций
, мин.
(4.9)
где
- длина откатки зарядной машины (40м); - скорость движения зарядной машины, м/мин
4.7 Продолжительность продувки шпуров
, мин.
(4.10)
где
- время продувки одного шпура, (1,5 мин).
4.8 Продолжительность взрывания шпуров
, мин.
(4.11)
где
- продолжительность отхода взрывника в укрытие, мин.
4.9 Общая продолжительность заряжания шпуров и
взрывания
, мин.
(4.12)
где
- коэффициент, регламентирующий перерыв; - коэффициент организационно-технических неполадок; - продолжительность выполнения
подготовительно-заключительных работ.
4.10 Продолжительность погрузки горной массы
погрузочно-транспортными машинами
Продолжительность
погрузки горной массы погрузочно-транспортными машинами условно разделяют на
две фазы. В первой фазе погрузку горной массы (до 90 % общего её объёма)
производят без применения ручной подкидки породы. Во второй фазе погрузки
производят подкидку оставшейся породы с боков выработки к погрузочной машине и
зачистку почвы в призабойном пространстве.
Расчёт
продолжительности погрузки горной массы погрузочно-транспортными машинами
производится в следующей последовательности.
Чистое
время погрузки горной массы:
3+0,36+2,16=5,52,
мин. (4.13)
Продолжительность
выполнения вспомогательных операций.
(4.14)
Продолжительность
погрузки горной массы:
,мин.
(4.15)
КРП
- коэффициент регламентирующий перерыв; Котн - коэффициент
организационно-технических неполадок
4.11 Продолжительность возведения набрызгбетонной
крепи
Продолжительность
возведения набрызгбетонной крепи определяется в следующей последовательности.
Для механизации возведения набрызгбетонной крепи примем тип машины БМ-60.
Продолжительность нанесения набрызгбетона:
где
Ks - коэффициент, учитывающий площадь поперечного сечения выработки (Ks
равен 1,17 и 0,97 для выработок соответственно площадью сечения до 10 и свыше ); - толщина слоя набрызгбетона, м; Рн.б -
производительность машины для возведения набрызгбетонной крепи, м3/мин.
Продолжительность
выполнения вспомогательных операций:
,мин.
(4.17)
где
- продолжительность выполнения вспомогательных
операций, связанных с креплением набрызгбетоном, мин; - продолжительность загрузки бункера, мин.
Продолжительность выполнения подготовительно-заключительных операций:
, мин.
(4.18)
где
- длина откатки, м; -
скорость движения машины для возведения набрызгбетона, м/мин.
Продолжительность
возведения набрызгбетонной крепи:
,мин.
(4.19)
где
Крп - коэффициент, регламентирующий перерыв; Котн - коэффициент
организационно-технических неполадок.
Вывод:
Рассчитали время всего цикла (соответственно бурения шпуров, их заряжания,
взрывания зарядов, погрузки горной массы, крепления выработки, наращивания
транспортных и силовых коммуникаций), равное 542 мин.
горнопроходческий буровой крепление выработка
Заключение
Таким образом, рассчитали параметры для проведения подэтажного штрека.
Выбрали сечение прямоугольно-сводчатой формы, закрепленной набрызгбетонной
крепью. Для проведения выработки приняли буровзрывной способ, с типом ВВ
Гранулит АС-8. Для бурения шпуров выбрали УБШ208-А с бурильной головкой ПК75А.
Для погрузки горной массы выбрали погрузочно-транспортные машины ПД-5А.
Рассчитали время всего цикла (соответственно бурения шпуров, их заряжания,
взрывания зарядов, погрузки горной массы, крепления выработки, наращивания
транспортных и силовых коммуникаций), равное 542 мин.
Список использованных литературных источников
1. Горбунов В.И. Проведение и крепление горных
выработок. Часть I. Проведение и крепление горизонтальных выработок. Лекции для
студентов специальности 130404. Магнитогорск: МТУ. 2010. 114 с.
2. Горбунов В.И. Проведение и крепление горных
выработок. Лабораторный практикум для студентов специальности 130404.
Магнитогорск: МГТУ. 2006. 98 с.
. Горбунов В.И. Горнопроходческое оборудование для
проведения и крепления горизонтальных и наклонных выработок. Приложения к
методическим указаниям по выполнению курсового проекта по дисциплине
"Проведение и крепление горных выработок". Для студентов
специальности 130404. Магнитогорск: МГТУ. 2014. 43 с.