Расчёт крепи горной выработки

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Филиал БНТУ, г. Солигорск

Кафедра технологии и оборудования разработки месторождений полезных ископаемых

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению дипломного проектирования

для студентов специальности 1-51 02 01 «Разработка месторождений полезных ископаемых»

(направление 1-51 02 01-02 «Подземные горные работы»)

Методические указания утверждены на

заседании кафедры «Технологии и оборудования

разработки месторождений полезных ископаемых»

Протокол №        «        »____________2010 г.

Солигорск

2010 г.

Содержание

1. Общие положения                                                                                                                                            3

2. Формирование тем дипломного проекта                                                                                                  4

3. Состав, содержание и объём дипломного проекта                                                                                    5

4. Примерное содержание отдельных разделов пояснительной записки                                          6

4.1. Горно-геологическая и горно-технологическая часть                                                                      6

4.1.1. Краткая характеристика горно-геологических условий шахтного поля                                          6

4.1.2. Технология горных работ                                                                                                                              6

4.2. Горно-электромеханическая часть                                                                                                                9

4.3. Специальная часть                                                                                                                                            10

4.4. Охрана труда и экологичность проектных решений                                                                      11

4.5. Организационо-экономическая часть                                                                                                                12

5. Оформление дипломного проекта                                                                                                                12

6. Изложение текста пояснительной записки дипломного проекта                                                        14

Список рекомендуемой литературы                                                                                                                16

Приложение А                                                                                                                                                          17

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

              Настоящие методические указания по выполнению дипломного проектирования специальности 1-51 02 01 «Разработка месторождений полезных ископаемых» (направление

1-51 02 01-02 «Подземные горные работы») разработаны на основе требований стандарта СТП БНТУ 3.00Х – 2003 «Единая система стандартизации БНТУ. ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ» и являются обязательными для применения руководителями, консультантами дипломного проекта и студентами-дипломниками.

              Дипломный проект является завершающим этапом учебной работы студента, защитив который он получает квалификацию горного инженера.

              Дипломное проектирование имеет своей целью:

- систематизацию, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности и применение полученных знаний для решения конкретных задач горного производства;

- овладение методикой проектирования горных предприятий по добыче полезных ископаемых подземным способом;

- развитие навыков ведения самостоятельной работы по овладению методами решения инженерных вопросов и задач в условиях современных шахт и рудников для обеспечения их эффективного функционирования;

- выявление степени готовности студента к самостоятельной работе на производстве, в проектных и научно-исследовательских организациях горнодобывающего профиля.

              Дипломный проект студента должен содержать те же основные разделы, что и проект реальной шахты (рудника). В каждом разделе студент должен показать своё умение принимать самостоятельные решения по инженерным вопросам и задачам, связанным с проектированием.

              Но студент не в состоянии в отведённое для дипломного проектирования время детально разработать все разделы, поэтому особое внимание следует уделить детальной разработке раздела, который называется специальной частью проекта.

              Все разделы дипломного проекта должны разрабатываться с учётом современных технических достижений, научных разработок и передового практического опыта.

              Дипломный проект выполняется студентом в течение времени, отведённого на дипломное проектирование рабочим учебным планом. Студент-дипломник обязан регулярно посещать консультации.

              Ответственность за принятые в дипломном проекте решения, качество выполнения, а также своевременное выполнение проекта несёт автор – студент-дипломник.

              Законченный дипломный проект подписывается студентом и консультантами, представляется руководителю, который подписывает проект и составляет отзыв. После этого проект и отзыв представляются заведующему кафедрой, который решает вопрос о возможности допуска студента к защите дипломного проекта.

              Дипломный проект, допущенный выпускающей кафедрой к защите, заведующим кафедрой направляется на рецензирование.

2. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕМ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

              Тематика дипломных проектов и их руководители определяются выпускающей кафедрой с учётом предложений предприятий и самих студентов.

              Темы дипломных проектов должны быть связаны с содержанием будущей профессиональной деятельности горного инженера по подземной разработке месторождений.

              Тематика проектов должна быть актуальной, отвечать конкретным задачам разработки реального месторождения полезных ископаемых, иметь практическое значение.

              Основные материалы, необходимые для выполнения дипломного проекта, студент собирает в период преддипломной практики. Задание по дипломному проектированию студент-дипломник получает перед началом преддипломной практики одновременно с заданием на практику.

              Темой дипломного проекта, как правило, должна являться разработка и обоснование технических, технологических и организационных решений по эффективной и безопасной отработке месторождений полезных ископаемых в реальных горно-геологических условиях конкретного рудника (шахты).

              Дипломный проект может носить также научно-исследовательский характер.

              Принимаемые в проекте решения должны иметь техническое, технологическое или экономическое обоснование, отвечать требованиям охраны труда и охраны окружающей среды.

3. СОСТАВ, СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЁМ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА.

              Студент выполняет дипломный проект на основе материалов, собранных в период преддипломной практики, а также изучения литературы по специальности (учебников, учебных пособий, нормативно-технической документации, монографий, периодической литературы, патентов и т. д.).

              Дипломный проект должен состоять из пояснительной записки и графической части (комплекта чертежей).

              Пояснительная записка дипломного проекта должна содержать следующие структурные элементы, располагаемые в нижеприведённой последовательности:

- титульный лист (форма титульного листа выдаётся на кафедре);

- задание по дипломному проектированию (выдаётся на кафедре перед началом преддипломной практики);

- реферат (образец оформления выдаётся на кафедре);

- ведомость объёма дипломного проекта (форма ведомости выдаётся на кафедре);

- содержание;

- перечень условных обозначений, символов и терминов (при необходимости);

- введение (в нём обосновывается актуальность темы дипломного проекта, его цели и задачи);

- горно-геологическая и горно-технологическая часть;

- горно-электромеханическая часть;

- специальная часть;

- охрана труда и экологичность проектных решений;

- организационно-экономическая часть;

- заключение (в нём делаются выводы по итогам дипломного проекта);

- список использованных источников;

- приложения (при необходимости).

              Исходя из особенностей темы дипломного проекта, по усмотрению руководителя, в состав и наименование вышеперечисленных основных разделов проекта могут вноситься изменения.

              Если темой специальной части дипломного проекта является система разработки, то по согласованию с руководителем проекта данный раздел может размещаться в пояснительной записке сразу после раздела «Горно-геологическая и горно-технологическая часть».

              Объём текстовой и графической частей дипломного проекта определяется руководителем проекта.

              Рекомендуемые объёмы проекта:

- пояснительная записка дипломного проекта должна состоять из 50-65 страниц текста, набранного на компьютере, или машинописного текста на листах формата А4, или рукописного текста в объёме 100-120 страниц на листах формата А4.

- графическая часть должна состоять из 7-10 листов формата А1.

              Оформление материалов дипломного проекта должно соответствовать стандарту СТП БНТУ 3.00Х-2003 «Единая система стандартов БНТУ. ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ».

              Пояснительная записка должна быть переплетена или помещена в папку для дипломного проектирования.

4. ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ.

4.1. ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И ГОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

4.1.1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ШАХТНОГО ПОЛЯ.

              В этом подразделе пояснительной записки кратко излагается геологическое строение месторождения в пределах шахтного поля. Приводится информация о геологическом строении месторождения, включая тектонику и условия залегания полезного ископаемого, а также гидрогеологии месторождения, водоносных горизонтах.

              В характеристике пластов полезного ископаемого главное внимание необходимо уделить тем из них, которые предусматривается отрабатывать в настоящем дипломном проекте.

              Необходимо указать по каждому из таких пластов его наименование, среднюю мощность, угол падения, глубину залегания, строение, газоносность, содержание полезного компонента по каждому рудному слою и слою пустой породы в пределах вынимаемой мощности пласта. Приводится площадь пластов, подлежащих отработке в пределах шахтного поля, характеристика пород кровли и почвы пласта, включая их слоистость, устойчивость, газоносность, объёмная масса полезного ископаемого и вмещающих пород, их коэффициенты крепости по шкале М. М. Протодьяконова.

              Для калийных месторождений указывается мощность водозащитной толщи пород (ВЗТ) над отрабатываемыми пластами полезного ископаемого.

              Исходя из вышеуказанных площади каждого пласта, подлежащего отработке, его средней мощности и объёмной массы руды производится расчёт балансовых, промышленных и извлекаемых (т. е. промышленных с учётом разубоживания) запасов.

              При этом необходимые для расчёта промышленных и извлекаемых запасов средний коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр и средний коэффициент разубоживания руды при добыче рекомендуется принять по практическим данным действующих рудников (шахт).

              Графический материал по геологии шахтного поля представляется на одном листе формата А1 и включает геологическую карту, стратеграфические колонки и геологические разрезы по разведочным линиям, геологические разрезы пластов, предусмотренных к отработке.

              На геологической карте должны быть показаны границы шахтного поля, границы распространения пластов в шахтном поле, геологические нарушения.

4.1.2. ТЕХНОЛОГИЯ ГОРНЫХ РАБОТ.

- Проектная мощность, срок службы и режим работы рудника.

              Исходя из извлекаемых или балансовых запасов шахтного поля и нормативного срока существования рудника (шахты) определяется проектная мощность рудника (шахты). При проектировании калийных рудников следует руководствоваться требованием «Норм технологического проектирования предприятий калийной и соляной промышленности. Часть I. Калийные рудники», Минск, 1999, согласно которому оптимальная проектная мощность рудника устанавливается исходя из имеющихся на шахтном поле извлекаемых запасов и минимального срока службы рудника не менее 40 лет. Меньший срок службы требуется обосновать проектом.

              Обосновывается режим работы рудника (шахты) и рассчитывается срок его службы.

              Вскрытие и подготовка шахтного поля.

              При проектировании вскрытия и подготовки шахтного поля вначале устанавливаются несколько технически возможных вариантов схем вскрытия и подготовки, исходя из горно-геологических условий месторождения. указываются достоинства и недостатки каждой из них. А затем на основе анализа этих достоинств и недостатков методом исключения выбирается тот вариант для применения в настоящем дипломном проекте, который обладает существенными преимуществами перед другими.

              Если ни один из вариантов не имеет существенных преимуществ перед другими, то окончательный выбор производится на основании технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов. Для этого определяются капитальные затраты и эксплуатационные расходы, зависящие от вскрытия, по каждому варианту. Расчёты стоимости вариантов вскрытия и подготовки сводятся в таблицу с раздельным учётом затрат на проведение выработок, расходов на их поддержание, вентиляцию рудника, подземный транспорт руды и др.

              Для принятого варианта вскрытия и варианта подготовки шахтного поля необходимо дать характеристику стволов и главных транспортных, конвейерных и вентиляционных выработок (назначение, количество, глубина стволов, длина горизонтальных и наклонных выработок, площадь поперечного сечения, способ проходки, вид крепления  и т. д.).

              Система разработки.

              При проектировании системы разработки вначале, исходя из горно-геологических условий шахтного поля, информации в учебной и научно-технической литературе, требований нормативных и методических документов и передового практического опыта работы горных предприятий, следует установить не менее двух-трёх наиболее приемлемых систем разработки или двух-трёх вариантов одной системы разработки и забойного оборудования для них. Указываются достоинства и недостатки каждой системы или вариантов системы. После этого, на основе анализа достоинств и недостатков, методом исключения выбрать тот вариант системы разработки и забойного оборудования, который имеет существенные преимущества перед другими сравниваемыми.

              При окончательном выборе системы разработки предпочтение необходимо отдать той из них, которая при прочих близких показателях обеспечивает меньшие потери и разубоживание, более высокое качество добываемого полезного ископаемого.

              Следует рассмотреть возможность применения при очистной выемке современных высокопроизводительных механизированных комплексов.

              Необходимо провести технические характеристики принятого забойного оборудования, обосновать и принять параметры системы разработки (например, для столбовой системы разработки такие параметры, как длина лавы, размеры столба, высота лавы, ширина полосы полезного ископаемого, извлекаемая комбайном при его рабочем ходе в лаве, расстояние между секциями крепи в лаве, количество линейных секций крепи в лаве, количество секций крепи сопряжений на каждом сопряжении лавы со штреками и др.).

              Обосновать и принять способ управления кровлей в очистном забое, исходя из этого выбрать тип крепи для очистного забоя.

              В вышеперечисленном порядке выбирают систему разработки и оборудование для каждого пласта, предусмотренного к отработке в дипломном проекте.

              Если вышевыбранную основную систему разработки невозможно применять на некоторых участках отрабатываемого пласта (например, столбовую систему на калийных рудниках при отработке участков пласта неправильной формы, участков, над которыми недостаточная водозащитная толща пород, участков вблизи тектонических нарушений и др.), то необходимо, помимо основной системы разработки, принять в таком же порядке вторую систему разработки для вышеуказанных участков пласта (например, для калийных рудников – камерную систему).

              Для выбранных систем разработки обосновать и принять схему подготовки участков шахтного поля к очистной выемке (панелей, столбов, блоков и т. д.). Обосновать и принять комплекс оборудования для проведения подготовительных выработок, привести технические характеристики этого оборудования. Указать параметры подготовительных выработок (длина, ширина, высота, форма поперечного сечения), а также их крепление, меры охраны подготовительных выработок.

              Выполнить проверочный расчёт механизированной крепи очистного забоя (если такая крепь будет применяться).

              Выполнить расчёт достаточности водозащитной толщи пород для безопасной отработки пласта (для калийных рудников).

              Разработать организацию работ в очистном забое (принять форму организации и оплаты труда, принять число рабочих дней для забоя и для рабочих в неделю, явочную, сменную и суточную численность рабочих в очистном забое, их профессии, число рабочих смен для очистного забоя в сутки, график выхода рабочих по сменам). Составить график (планограмму) организации работ в очистном забое.

              Выполнить расчёт суточной, среднемесячной и годовой производительности очистного забоя.

              Обосновать и принять участковый транспорт руды, для чего принять вид транспорта, оборудование и схему транспортировки руды в пределах панели, блока и т. д. до магистральной (главной) транспортной выработки.

              Если темой раздела «Специальная часть» дипломного проекта является система разработки, то все вопросы, связанные с системой разработки, излагаются в вышеперечисленном порядке в разделе «Специальная часть», а в разделе «Горно-геологическая и горно-технологическая часть» не излагаются. При этом раздел «Специальная часть» в пояснительной записке, по согласованию с руководителем проекта, может размещаться сразу после раздела «Горно-геологическая и горно-технологическая часть».

              Рекомендуемые графические материалы по этому разделу включают следующие чертежи:

- схему вскрытия шахтного поля (один лист формата А1);

- схему подготовки шахтного поля (один лист формата А1);

- система разработки (если система разработки не является темой специальной части проекта) – 1-2 листа формата А1.

              После изложения всех вопросов, связанных с системой разработки (в данном разделе или разделе «Специальная часть» пояснительной записки), необходимо осуществить распределение годовых объёмов добычи рудника по забоям и горным участкам.

Порядок распределения этих объёмов для калийных рудников Старобинского месторождения изложен в Приложении А.

4.2. ГОРНО-ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

              В этом разделе пояснительной записки дипломного проекта принимаются решения по подземному транспорту, подъёму и вентиляции шахты (рудника).

              Подземный транспорт.

              В соответствии с грузопотоком от забоев до ствола шахты (рудника), используя передовой опыт работы родственных горных предприятий и информацию в научно-технических источниках, необходимо обосновать и принять вид основного транспорта для перемещения добытого полезного ископаемого от горных участков до шахтного ствола.

              При рельсовом транспорте выбирается тип электровозов и шахтных вагонеток, приводятся их технические характеристики, определяется количество вагонеток в составе и по шахте, количество электровозов, разрабатывается схема маневровых операций.

              При конвейерном транспорте выбираются современные высокопроизводительные типы конвейеров как для магистрального транспорта (по главным выработкам), так и для участкового транспорта в пределах выемочного участка (панели, блока и др.).

              Определяется необходимое количество конвейеров разных типов для шахты, приводятся их технические характеристики, включая мощности электродвигателей.

              Если для перевозки добытого полезного ископаемого будет выбран конвейерный транспорт, то для перевозки оборудования, людей, материалов, других грузов необходимо принять вспомогательный транспорт, например тракторно-автомобильный. Указать виды и типы выбранных вспомогательных транспортных средств, их количество для рудника, задачи, которые будут решаться теми или иными видам этих транспортных средств.

              Подъём.

              В соответствии с годовой производительностью проектируемого рудника (шахты), на основании информации в научно-технической литературе и передового практического опыта работы действующих родственных рудников близкой производительности, необходимо принять типы скиповой и клетевой подземных установок, тип и ёмкость скипов, тип клетей, привести их технические характеристики, включая мощности электродвигателей скиповых и клетевых подъёмных установок.

Вентиляция рудника (шахты).

              Выбирается способ проветривания шахты (всасывающий, нагнетательный, комбинированный) и схема вентиляции (центральная, фланговая, комбинированная). Рассчитывается расход воздуха для вентиляции шахты, выбирается тип главного вентилятора, приводится его техническая характеристика, в том числе мощность электродвигателя.

              Рекомендуемые графические материалы по горно-электромеханической части включают схему подземного транспорта добытого полезного ископаемого и схему вентиляции шахты (1-2 листа формата А1)

4.3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

              В специальной части дипломного проекта следует обеспечить детальную разработку отдельных вопросов технологии, механизации, организации подземных горных работ, обеспечивающих повышение эффективности производства и качества добываемого полезного ископаемого, снижение его потерь и разубоживания при добыче, повышение производительности забоев и труда, снижение себестоимости добытого полезного ископаемого, повышение безопасности ведения горных работ и экологичности горного производства и др.

              К числу таких вопросов можно отнести обоснование и выбор новых схем вскрытия и подготовки шахтного поля или его части, систем разработки, средств механизации очистных или подготовительных работ, способов управления горным давлением, вентиляции горных выработок, мероприятий по борьбе с газодинамическими явлениями, реконструкцию рудника (шахты) и др.

              Обоснованность принимаемых решений должна подтверждаться соответствующими технико-экономическими расчётами, а принятые технические решения должны быть увязаны с конкретными горно-геологическими условиями месторождения.

              Если темой специальной части дипломного проекта является система разработки, то по согласованию с руководителем дипломного проекта, в пояснительной записке раздел «Специальная часть» может размещаться непосредственно сразу после раздела «Горно-геологическая и горно-технологическая часть». Система разработки проектируется в порядке, изложенном выше в разделе «Горно-технологическая часть», но выбор основной системы разработки для одного из пластов (слоёв) осуществляется на основании технико-экономического сравнения не менее двух наиболее приемлемых для данных горно-геологических условий систем разработки (или двух вариантов одной системы разработки), отбор которых осуществляется в порядке, изложенном выше в разделе «Горно-технологическая часть».

              Графические материалы по специальной части проекта представляются на 2-х листах формата А1.

4.4 ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.

              Необходимо указать основные вредные и опасные производственные факторы на проектируемом руднике (шахте), которые будут оказывать отрицательное воздействие на трудящихся (наличие вредных и ядовитых газов, запылённость и высокая температура воздуха, шум, стеснённые условия на рабочих местах, опасность внезапных выбросов полезного ископаемого, пустых пород и газов, опасность затопления рудника (шахты) и т.д.).

              Исходя из вышеуказанных вредных и опасных факторов, разрабатывается комплекс организационных, технических и гигиенических мероприятий, обеспечивающих безопасность труда, сохранение здоровья и работоспособности горнорабочих.

              К таким мероприятиям можно отнести организацию обеспечения трудящихся спецодеждой, спецобувью, касками, защитными приспособлениями (респираторами, самоспасателями, индивидуальными светильниками, газоанализаторами, предохранительными поясами, противошумовыми наушниками, диэлектрическими ковриками, резиновыми перчатками и др.), организацию питьевого водоснабжения, создание нормальных условий на рабочих местах путём обеспечения действенной вентиляции, поддержания требуемого температурного режима, уровня освещённости, допустимого уровня шума, вибрации, запылённости, обеспечение требуемой ширины рабочих зон и проходов, нейтрализацию выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, применение наиболее безопасных систем разработки, всемерное сокращение тяжёлого ручного труда, установление оптимального режима труда и отдыха для работников и т.д.

              Необходимо предусмотреть противопожарное оборудование и средства пожаротушения, выпускаемое промышленностью, источники противопожарного водоснабжения. На руднике необходимо предусмотреть административно-бытовой комбинат с необходимыми бытовыми помещениями и пункт первой медицинской помощи.

              На калийных рудниках для борьбы с газодинамическими явлениями необходимо предусмотреть меры по дегазации пород, искусственному инициированию выбросов соли и газов из выбросоопасных геологических нарушений типа мульд, а также меры по предупреждению затопления рудников и др.

              Разрабатываются мероприятия по снижению вредного влияния деятельности проектируемого рудника на окружающую среду по причинам оседания земной поверхности над выработанным пространством, уменьшению площадей отчуждения земли на поверхности для складирования отходов обогащения и пустых пород, закачке избыточных рассолов обогатительного производства в поглащающие горизонты.