Проведение подземных горных выработок
1. Выбор формы и определение размеров поперечного сечения штрека
При проведении выработок различают два вида горнопроходческих операций: основные и вспомогательные.
Основными горнопроходческими операциями называются такие, которые выполняются в забое выработки и относятся непосредственно к проходке и креплению выработки.
Вспомогательными называют операции, которые обеспечивают нормальные условия для выполнения основных проходческих операций.
Форма поперечного сечения горизонтальных выработок чаще всего бывает трапециевидная и сводчатая и реже - прямоугольная. На выбор формы поперечного сечения влияют физико-механические свойства горных пород, в том числе и величина горного давления и его направление, сроки службы, род крепёжных материалов.
Площадь поперечного сечения выработки зависит от назначения и габаритов располагаемого в ней оборудования. Различают площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету, вчерне и после проходки. Площадь в свету определяют по размерам выработки до крепи за вычетом площадей, занимаемых балластным слоем и трапом в сечении выработки. Площадь вчерне является проектной площадью в проходке. При определении этой площади, к площади в свету прибавляют площади, которые занимают крепь, балластный слой, трап и затяжка (при рамных крепях установленных вразбежку). Действительная площадь, которая получается в результате проведения выработки, обычно 3-5% и более превышает проектную площадь.
Размеры поперечного сечения (ширина и высоте) откаточных выработок зависит от габаритных размеров откаточных вагонеток и электровозов, от рельсовых путей способа передвижения рабочих по выработкам и количества подаваемого воздуха для проветривания.
Для заданных условий: двух путевая выработка, устойчивые породы, крепость 14. Выбираю выработку прямостенную со сводчатым перекрытием, тип трехцентровой, сплошная набрызг-бетонная крепь.
1. Расчёт размеров выработки по высоте:
.1. Высота верхнего строения рельсов пути выработки:
ho = h6 + hm + hn + hp, мм;
Где: ho- высота верхнего строения пути выработки, выбирается с нормами предусматривающими ЕПБ, мм;
h6 - высота балластового слоя, 90 мм;
пш - высота шпального бруса, 120 мм;
hn - высота подкладки под рельс, 18 мм;
hp- высота рельсового пути, 120 мм;
0 = 90 + 120 + 18 + 120 = 348 (мм).
.2. Высота выработки от уровня головок рельс до верхняка (высота подвижного состава):
h=1500, мм;
.3. Высота прямо стенного участка выработки вчерне:
2 = h1 + (l/3hб + hn + hp), мм;
Где: h1 - высота прямо стенного участка выработки, 1600мм;б- высота балластного слоя, выбирается с нормами предусматривающими ЕПБ, 120мм;n - высота подкладки под рельс, 18мм;
hp- высота рельсового пути, 120мм;
2 = 1600 + (1/3 120 + 18 + 120) = 1778(мм).
.4. Высота сводчатого перекрытия в свету:
3 = l/3 B
Где: В - ширина выработки в свету;
3 = 1/3 3796 = 1265мм.
.5. Высота свода в проходке:
ч = hз + Ткр
Где: Ткр - толщина крепления набрызгбетоном,3 - высота сводчатого перекрытия в свету, 1265 (мм);
ч = 1265 + 30 =1295 (мм).
. Расчёт ширины двух путевой откаточной выработки сводчатой формы:
1) ширина выработки в свету:
В = п + 2А + т + с, мм;
Где: В - ширина выработки в свету, мм;
п - зазор между крепью и подвижным составом, 200 (мм);
А - ширина подвижного состава, 1348(мм);-свободный проход для людей, 700(мм);
с - зазор между составами, 200(мм)
В = 200 + 2696 + 700 + 200 = 3796(мм).
.1. В1-ширина выработки в проходке:
1 = В + 2 Ткр., мм;
Где: В - ширина выработки в свету, 3796 (мм);
Ткр - толщина крепления набрызгбетоном.
В1 = 3796 + 60 = 3856 (мм).
. Площадь сечения выработки в свету:
св = B (h2 + 0,26 B)
Где: В - ширина выработки в свету, 3796 (мм);
h2 - высота стены в свету от балласта, 1417 (мм);
св = 3796 (1778 + 0,26 3796) = 10,6м2.
.2. Площадь выработки вчерне:
чep. = B1 (h3 + 0,26 B1) чep. = 3796 (1948 + 0,26 3796) = 11,4 м2
Где: Bi - ширина выработки в свету, 3796 (мм);3 - высота стены в черне, 1948 (мм).
.3. Площадь сечения в проходке:
пр = 1,03 Sчep = 1,03 11,4 = 11,7 (м2)
Где: Sчep- площадь выработки вчерне 11,4(м)
3. Полученная площадь поперечного сечения выработки в свету проверяется на скорость движения воздушного потока:
= Qвозд/Sсв, м/с;= 14/10,6 = 1,3 м/с.
Где: V - регламентируемая правилами безопасности скорость движения вентиляционной струи по выработке, м/с;
,25 <V> 8,0
возд- количество воздуха проходящего по выработке, 14 м3/с;св- площадь поперечного сечения выработки в свету, 10,6м2;
Так как V =1,3 м/с, то 0,25 < V > 8,0 удовлетворяет требованиям ЕПБ, следовательно, данное сечение рассчитано, верно.
4. Радиус малой дуги свода, мм.
= 0,262 В
r = 0,262 3796 = 995 мм
. Радиус большой дуги свода, мм.
= 0,692 3796 = 2627мм
Рассчитываем площадь сечения водоотливной канавки
1. Принимаем высоту и ширину канавки
= 350 мм;K = 500 мм;
. Площадь сечения водоотливной канавки
K = 0,2 м2
2. Выбор и описание технологической схемы проведения штрека откаточного
При поведении горизонтальных выработок могут применяться различные способы производства работ, определяемые свойствами горных пород, размерами поперечного сечения и назначением этих выработок. Проведение выработок в обычных условиях, в зависимости от свойств пересекаемых пород, может быть подразделено на:
- Проведение выработок в однородных породах, когда забой выработки всем своим сечением проходит по однородной массе.
- Проведение выработок в неоднородных породах, по своим физико-механическим свойствам горных пород.
В первом случае характерно проведение штрека по пустым породам. Все проходческие операции производятся последовательно по всей поверхности забоя, и выработка продвигается по всему сечению полной плоскостью забоя.
Во втором случае наиболее характерно проведение штреков по жиле или пласту полезного ископаемого с подрывкой боковых пород и с учётом физико-механических свойств в данном случае: плотность пород = 3,4 т/м3, устойчивость пород - средняя.
При проведении выработок различают два вида горнопроходческих операций: основные и вспомогательные.
Основными горнопроходческими операциями называются те, которые выполняются в забое выработки и относятся непосредственно к проходке и креплению выработки.
Вспомогательными называются операции, которые обеспечивают нормальные условия для выполнения основных проходческих работ.
2.1 Цикл проходки штрека
Основными процессами проходческого цикла является бурение шпуров, заряжание их и взрывание, проветривание и приведение забоя в безопасное состояние, погрузка породы, возведение постоянной крепи. Одновременно с основными процессами выполняются и вспомогательные. После взрывания шпуров и проветривания забоя, проходчики обирают и обстукивают бока выработки с помощью специальных оборников до необходимого поперечного сечения выработки. Погрузка породы осуществляется при помощи погрузочной машины в вагонетки. Откатка гружёных вагонеток производится при помощи контактного электровоза. Вентиляция выработки осуществляется при помощи вентиляторов местного проветривания. При проходке горизонтальных применяются временные и постоянные рельсовые пути. Временные рельсы стелются только на время проведения выработки, затем бригада слесарей укладывает постоянные рельсовые пути. Для стока руды сооружают водоотливные канавки, отставание канавки от забоя по ЕПБ не более 80 м. Канавку проводят со стороны прохода людей, сверху (над ней) сооружают трапы. Для подвода сжатого воздуха, воды и электроэнергии применяются трубы и кабели. Их стараются проводить с противоположной стороны прохода людей, или таким образом, чтобы они не мешали передвижению по выработке ни рабочим, ни рудничным локомотивам. Способы проведения горных выработок зависят от устойчивости пересекаемых горных пород и их обводнённости. Различают обычные и специальные способы их проведения. Способ, который применяется при проведении выработок в породах достаточно устойчивых и средней устойчивости, допускающих обнажения кровли и стенок выработки на относительно длительный срок, без применения специальных видов крепи и специальных средств по борьбе с поступающей водой, называются обычными.
К специальному способу относится проведение горной выработки в сложных горно-геологических условиях (плывуны, сильно обводнённые неуст. породы).
Под технологической схемой проведения горной выработки подразумеваются способы и последовательность работ по выемке породы и возведению временной или постоянной крепи.
На выбор той или иной технологической схемы проведения горной выработки оказывают влияние многие факторы. Основными из них являются: физико-механические свойства пересекаемых выработкой пород, способ выемки пород или полезного ископаемого, форма забоя выработки (сплошной, уступный), схема расположения подрывки пород и схема расположения раскопки, последовательность по выемке породы и возведению временной крепи и др. Свойства пересекаемых пород, также как и размеры поперечного сечения, определяют тот или иной вид горных работ для проведения выработки, а следовательно, и схему организации работ, выбор механизмов и машин. В данном курсовом проекте применён обычный способ строительства горизонтальной выработки (откаточного штрека). В однородных породах с коэффициентом крепости 10 применяется следующая схема строительства, - выемка породы производится сплошным забоем при помощи буро - взрывных работ и механизированной погрузки породы.
2.2 Сущность способа строительства горизонтальной выработки
По забою бурятся шпуры в определённом порядке (согласно паспорту БВР, в зависимости от крепости и вязкости породы). Затем производится заряжание шпуров и их инициирование (согласно паспорту БВР). После проветривания забой приводят в безопасное состояние, производят настилку рельсовых путей. Следующим этапом: отбитую горную массу убирают их забоя, и цикл работ повторяется заново.
Бурение шпуров является самым трудоёмким процессом цикла, поэтому при проведении выработок этот процесс определяет продолжительность всего цикла. Продолжительность бурения шпуров зависит от крепости пород, типа бурильной машины и способа её установки в забое, применяемого вида энергии и других факторов. Для бурения шпуров наибольшее распространение получили машины ударно-поворотного действия ПП -50В. Электродетонатор: ЭДКЗ, взрывчатое вещество - аммонит №6ЖВ.
Для проветривания забоя, длиной 500 метров будет использоваться нагнетающий метод проветривания будем использовать вентилятор нагнетающего действия ВМ - 6м.
Погрузка породы будет производиться машиной типа ПНБ3 в вагонетки ВГ-4,0 и откатываться электровозом 14Кp.
Крепление набрызгбетон возводится после полной проходки штрека, другой бригадой крепильщиков.
3. Выбор проходческого оборудования и его техническая характеристика
Технологическая схема проведения выработки выбирается в зависимости от горно-геологических и горнотехнических факторов.
Проектируемая выработка проводится по породе с коэффициентом крепости 10. При этих условиях предпочтителен буровзрывной способ проходки.
Горнотехнические факторы включают в себя: площадь поперечного сечения выработки, её протяжённость, срок службы, скорость проведения, способ доставки горной массы, материалов и оборудования, конструкцию крепи, и, при необходимости способ охраны выработки.
Исходя из заданных условий, выбираем арочную сводчатую форму выработки с набрызг-бетонной крепью.
Для бурения шпуров наибольшее распространение получили переносные перфораторы, поэтому в качестве бурильной машины принимаем переносной перфоратор ПП50В. Отделение породы от массива производится с помощью взрывных работ. Для взрывных работ выбираем тип взрывчатого вещества - аммонит №6ЖВ, тип электродетонаторов - ЭДКЗ и тип взрывного прибора - КВП - 1/100М. способ взрывания электрический.
Погрузка породы осуществляется при помощи погрузочной машины типа ПНБ3 в вагонетки ВГ - 4,0. откатка гружёных вагонеток производится при помощи контактного электровоза 14Кp. Вентиляция в выработке осуществляется при помощи вентилятора местного проветривания ВМ - 6М.
Таблица 1. Техническая характеристика - аммонит № 6ЖВ.
1Объем газов взрыва°С26202Плотностьг/см31Д3Бризантностьмм14-164Работоспособностьсм33605Скорость детонациим/сек3906Чувствительность к ударусм607Передача детонациимм5-108Срок хранениямес.6
Таблица 2. Техническая характеристика погрузочной машины ПНБ3.
1Техническая производительностьм3/час1202Фронт погрузкимне ограничен3Коэффициент крепости пород-144Длинамм78005Ширинамм18006Высотамм14507Вместимость ковшам3нагребающие лапы8Общая установленная мощностькВт709Массат11,84
Таблица 3. Техническая характеристика вентилятора ВМ - 5М.
1Диаметр колесамм5002Скорость вращениямин-129503Производительность:м3/миноптимальная190максимальная2804Давление:Паоптимальное2100максимальное2400минимальное6005КПД вентилятора0,756КПД всей установки0,677Мощность двигателякВт138Массакг2509Длина проветривания вм40010S сечения выработким310
Таблица 4. Техническая характеристика КВП - 1/100М.
1Напряжение, стабилизируемое на конденсаторе - накопителеВ600 -6502Емкость конденсатора - накопителямкФ103Время заряжания конденсатора - накопителясекне более 84Максимальное сопротивление последовательной взрывной сети ЭД с нихромовым мостикомОм3205Минимальное напряжение устойчивого зажигания неоновой лампы ССУВ590-6206Время подачи импульсам/с2-47Величина воспламеняющего импульсаА2.сне менее 31038Размерымм152*122*1009Массакг2,0
Таблица 5. Техническая характеристика вагонетки ВГ - 4,0.
1Вместимость кузовам34,02Ширина колеимм9003Длина по буфераммм38504Жёсткая базамм11005Ширина кузовамм13206Высота от головки рельсымм13007Диаметр колесамм3508Высота сцепкимм320
Таблица 6. Техническая характеристика электровоза 14Кр.
1Массат142Ширина колеимм7503Радиус кривой вписываниям124Тяговое усилиекН16,65Длинамм47606Ширинамм13507Высота с токоприемникоммм23008Сцепной вескН1009Мощность тяговых двигателейкВт62
Таблица 7. Техническая характеристика ПП50 В
№ п.п.ПоказателиЕдиница измеренияКоличество1Диаметр буровой колонкимм402Глубина шпурам33Энергия удараДж544Частота ударовс-1375Крутящийся моментН*м20,06Давление сжатого воздухаМПа0,57Расход сжатого воздухам3/мин3,48Осевое усилие подачиН8009Ударная мощностькВат2,210МассаКг30
Таблица 8. Техническая характеристика ЭД-КЗ.
1Материал мостика накаливания и его диаметрммНихром d=0,032Наружный диаметрмм7,23Длина электродетонаторамм724Время замедлениям/с25; 50; 75; 100; 150; 2505Номера серий замедления1-66Время срабатываниям/с2-4,27Импульс воспламенениям/с А20,6-2,5
Для нанесения набрызг-бетонной крепи используем машину БМ-60
Таблица 9. Техническая характеристика БМ-60.
1Производительность по сухой смеси при набрызгекб.м/ч42Размер фракции заполнениямм203Внутренний размер материального шлангамм504Расход сжатого воздухакб.м/мин8-145Давление сжатого воздухакгс/см21,5-6,06Дальность транспортирования по горизонталим2007Дальность транспортирования по вертикалим1008Мощность электроприводакВт4,59Мощность пневмоприводал.с.3,010Длинамм150011Высотамм155012Ширинамм100013Конструктивное исполнениеКамерная14Массат0,85
4. Расчет паспорта буровзрывных работ
В породе с коэффициентом крепости 10, выработка будет проводиться обычным способом с применением буровзрывных работ.
Взрывание будет проводиться электрическим способом с применением ЭД-КЗ и взрывной машинки КВП - 1/1 ООМ, что позволит обеспечить приемлемое дробление породы и высокий коэффициент использования шпуров. Взрывание пород производим, используя Аммонит №6ЖВ. (диаметр патрона: 32 мм, длина патрона: 0,3 м, масса патрона: 0,25кг).
. Определение количества шпуров:
В данном случае коэффициент крепости горных пород > 10, воспользуемся формулой профессора М. М. Протодьяконова.
= 2,7 `√` f Sпрох
Где: N - количество шпуров, шт.;- коэффициент крепости;
Sпрох - площадь поперечного сечения выработки в проходке, м2;
= 2.7 √14 11.4 = 34 (шт.)
. Определение глубины (длины) шпуров:
Глубина шпуров является основным параметром проходческих работ, определяющим при прочих равных условиях продолжительность цикла и скорость проведения выработки. штрек буровзрывной забой проходческий
Глубина шпуров зависит от физико-механических свойств горных пород, оборудования и ширины забоя, типа буровых установок и общей организации работ в забое. При последовательной организации работ, когда работы по бурению, уборке и креплению не совмещаются, глубину шпуров можно определить по следующей формуле:
2.1. Глубина оконтуривающих и вспомогательных шпуров:
ш = L/(tp t с псм nц h), м;
Где: lш - глубина шпура, м;
L - длина выработки, 150 м;
tp- число рабочих дней в месяц, 22;
tc - срок проведения выработки, 1 месяц;
nсм - количество смен в сутки, 3 смены;
nц - число циклов в смену 1;
h - коэффициент использования шпуров 0,9;
ш = 150/(22 1 381 0,9) = 2,5 м.
.2. Глубина врубовых шпуров
вр = lш + ln, м
Где: lвр - глубина врубовых шпуров, м;
lш - глубина оконтуривающих и вспомогательных шпуров 2,5 м;
ln - длина патрона ВВ, 0,3м;
вр = 2,5 + 0,3 = 2,8 м.
.3. Схема расположения шпуров
.4 Определение расхода ВВ на цикл:
bb =q Sпр lш n, кг
Где: Qbb - расход ВВ на цикл, кг;- удельный расход ВВ, кг/м3;
q = qн fc Vз е, кг/м3
Где: qн - нормальный расход ВВ (qн= 0,1 f = 1);
f