Горнодобывающая промышленность

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Горное дело относится к одному из основных видов человеческой деятельности, обеспечивающей существование и уровень развития цивилизации. Горное дело охватывает разведку месторождений полезных ископаемых, их разработку, первичную переработку добываемого сырья, строительство горных предприятий и подземных сооружений различного назначения.

Горнодобывающая промышленность - это составная часть горного дела, цель которой состоит в добыче и первичном обогащении полезного ископаемого. Эта промышленность поставляет минеральное топливо (уголь, торф, горючие сланцы, нефть), руды (чёрных, цветных, редких и ценных металлов). Горнодобывающая промышленность имеет важную роль в экономике государства, определяет его самостоятельность.

Проектирование, строительство новых и реконструкция существующих предприятий по добыче твердых полезных ископаемых требует знаний технологических процессов, понимания и учета горно-геологических условий, специфики ведения горных работ, требования техники безопасности и охраны труда.

Курсовая работа показывает, что только на основе глубокой проработки основных технических решений проектов угольных шахт (схем и способов вскрытия, подготовки шахтного поля, системы разработки угольных пластов и т.п.) можно скомпоновать действительно оптимальную технологическую схему на основе оптимизации качественных характеристик - элементов технологической схемы шахты. Предложенные и описываемые в данной курсовом проекте расчетные методы оценки основных качественных характеристик по многим критериям делают более объективным процесс принятия основных проектных решений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

 

Мощность пластов, м	m1	3.8
	m2	2
	m3	2.5
Мощность междупластий, м	d1	45
	d2	75
Угол падения пластов, град	α	10
Мощность наносов, м	Нн	12
Объемная плотность угля, т/м3	g	1.29
Коэффициент крепости угля	¦	1.31
Размеры шахтного поля, м: по простиранию	(S)	5700
по падению	(Н)	3400
Относительная метанообильность, м3/т	q	4

                                            

                                                         

                             

                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШАХТЫ

 

1. Расчет балансовых и промышленных запасов шахтного поля

 

Геологические запасы шахтного поля - это общие запасы месторождения.

 

Определяется по формуле:

 

                                    Zгеол. = Zбал. + Zзабал., т                                          (1)

 

где: Zбал. - балансовые запасы, (млн. тонн).

       Zзабал.- забалансовые запасы, (млн. тонн).

Балансовые запасы - это запасы, использование которых в промышленности при существующем уровне техники и технологии экономически целесообразно.

Забалансовые запасы - это запасы, использование которых в промышленности при существующем уровне техники и технологии экономически не целесообразно (низкое содержание полезного ископаемого, малая мощность, высокие материальные затраты).

 В идеальном случае шахтное поле имеет форму прямоугольника. Балансовые запасы, потери и промышленные запасы рассчитываются по методике проф.

А.П. Килячкова.

 

Балансовые запасы шахтного поля определяются по формуле:

 

                                                                                (2)

 

где: S – размер шахтного поля по простиранию, (м).

       Н – размер шахтного поля по падению, (м).

       ni – количество пластов.

       mi – мощность пластов.

        gi  – плотность рабочих пластов, ﻻ=1.29 (т/м3).

 

Балансовые запасы первого пласта равны:

 

(тонн).

 

Балансовые запасы второго пласта равны:

 

 (тонн).

 

Балансовые запасы третьего пласта равны:

 

 (тонн).

 

Балансовые запасы шахтного поля равны:

 

Zбал = 95000760+50000400+62500500=207501660 (тонн).

 

Не все балансовые запасы шахтного поля будут выданы на поверхность, в недрах останутся потери.

Потери – это часть балансовых запасов, которые останутся в недрах.

 

Потери по шахтному полю определяются по формуле:

 

                                  ,                                    (3)

где:

zобщ. - общешахтные потери,

zо.г.н. – потери окологеологических нарушений и потери связанные с гидрогеологическими условиями,

zэкспл   – эксплуатационные потери.

Эксплуатационные потери Zэкспл. включают потери по площади (не вынимаемые части целиков у подготовительных выработок, в очистном пространстве и на границах выемочных участков) и по мощности пласта (пачки угля, оставленной в кровле, почве или между слоями пласта в очистных и подготовительных выработках); потери от неправильного ведения горных работ (целики, оставляемые вследствие завалов или затопления выработок; противопожарные целики, изолирующие отдельные части шахтного поля друг от друга; опорные целики, временно удерживающие породы кровли пласта от обрушения в выработанное пространство); потери отбитого угля в результате неполной выдачи его из очистного забоя, при взрывных работах, при транспортировании по выработкам. Эксплуатационные потери характерезуются каэффицентом КЭКСПЛ: для пластов тонких -0.06 — 0.08, средней мощности — 0.08 — 0.1, мощных пологих -0.1 - 0.12, мощных крутых — 0.12 — 0.15 балансовых запасов за вычетом общешахтных потерь и потерь около геологических нарушений.

Общешахтные потери определяются по формуле:

 

                                 ,                                             (4)

 

где:

zбарьерн – потери в барьерных целиках. Барьерные целики оставляют у границ шахтного поля, чтобы исключить возможность вскрытия старых затопленных горных выработок соседних шахт. Ширина барьерных целиков  определяется по эмпирическим формулам или условно принимается равной 50 м.

Потери в барьерных целиках определяются по формуле:

 

                          ,                            (5)

где:

l – ширина барьерного целика; l = 50м.

mс – суммарная мощность пластов в шахтном поле,

Суммарная мощность пластов рассчитывается по формуле:

                                    mс = m1+m2+m3                                                                                               (6)

 

                                    mс = 3.8+2+2.5=8.3м

Потери в барьерных целиках равны:

 

Zбарьерн.  =

(тонн)

 

zпред – потери в предохранительных (охранных) целиках. Охранные целики оставляют для предотвращения разрушений технологического комплекса, промышленных зданий и сооружений, а также природных объектов на поверхности. Потери в охранных целиках при отработке пологих пластах условно составляют 1 — 2 %, при отработке крутых пластов — 2 — 4 % от балансовых запасов.

Потери в охранных целиках определяются по формуле:

 

                                                                                    (7)

 

Потери в охранных целиках равны:

 

 (тонн)

 

Общешахтные потери равны:

 

 (тонн)

 

Потери окологеологических нарушений определяются по формуле:

 

                                     Zо.г.н. = (0,01...0,015)Z6ал. ,                                              (8)

Потери окологеологических нарушений равны:

 

 (тонн)

 

Эксплуатационные потери определяются по формуле:

 

                                ,                         (9)

 

Эксплуатационные потери равны:

 

 (тонн)

 

Потери по шахтному полю равны:

 

 (тонн)

 

Определив балансовые запасы и потери  шахтного поля можно определить промышленные запасы шахтного поля.

Промышленные запасы – это часть балансовых запасов которые будут выданы на поверхность.

Промышленные запасы определяются по формуле:

 

                                          ,                                     (10)

 

Промышленные запасы равны:

 

 (тонн)

 

Полноту извлечения балансовых запасов характеризует коэффициент извлечения:

 

                                                                                         (11)

 

Коэффициент извлечения равен:

 

 

Таблица 1 – Промышленные и балансовые запасы.

 

Индекс Пласта	S,м	Н, м	m, м	g, т/м3	Zбал. т.	Zпотери, т.	Zпром, т.
m1	5700	3400	3.80	1.29	95000760	14726074	80274686
m2	5700	3400	2,00	1.29	50000400	7750565,1	42249835
m3	5700	3400	2.50	1.29	62500500	9688206,4	52812294
Итого:					207501660	32164845	175336815

 

 

Таблица 2 –Потери полезного ископаемого

                

Индекс пласта	Потери по видам				Суммарные потери,  т.
	Zбар.	Zпред.	Zо.г.н.	Zэкспл.
m1	4411800	950007,6	1425011	7939255,4	14726074
m2	2322000	500004	750006	4178555	7750565
m3	2902500	625005	937507,5	5223193,5	9688206
Итого:	9636300	2075017	3112525	17341004	32164845

 

 

1.2 Расчет годовой мощности шахты

 

 

Проектная мощность шахты - это максимально возможная добыча угля установленного качества в единицу времени определённое проектом.

Фактическая мощность шахты - это максимальная добыча угля в единицу времени определённая с учётом фактического состояния горных пород.

Существует параметрический типовой ряд годовых мощностей шахт:

1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,2; 4,5; 4,8; 5,1; 5,4; 5,7; 6,0; 6,3; 6,6; 6,9; 7,2; 7,5.

При проектировании, когда известны горно-геологические и горнотехнические условия шахты - новостройки, проектную мощность рекомендуется определять по формуле, предложенной проф., д.т.н. А.С. Малкиным:

 

        , тыс. т/год,                  (12)

где:

Кн. - надежность технологической схемы шахты, включая очистной забой, подземный транспорт, проветривание, околоствольный двор, подъем, поверхность шахты и пр.

При делении шахтного поля на блоки, панельном или погоризонтном способе подготовки блока и подъеме угля по вертикальным стволам Кн = 0,8 — 0,9.

При индивидуальной (не блоковой) схеме отработки запасов, панельной подготовке шахтного поля и подъеме угля по вертикальным стволам Кн = 0,75 — 0,85; то же , но при этажной подготовке Кн  = 0,6 — 0,75.

При индивидуальной отработке, панельной подготовке, фланговой схеме проветривания шахтного поля и подъеме угля по наклонным стволам Кп = 0,7 — 0,8.

К1 - коэффициент, учитывающий влияние количества рабочих угольных пластов в шахтном поле (n1) и находящихся в одновременной отработке (n2).

 

Определяется по формуле:

 

                                           ,                                         (13)

 

 

Каэффицент К1 равен:

 

 

 

К2 -коэффициент, учитывающий влияние уровня нагрузки на очистной забой, условий его работы.

Определяется по формуле:

 

 

 

                     (14)

 

 

где:

 

y - коэффициент,  учитывающий условие работы забоев, характерных для условий данного месторождения. Для Кузбасса y = 0.0016.

mср – средняя мощность отрабатываемых пластов.

mо.пласт. – мощность отрабатываемого пласта.

Ао.з.мес. – месячная нагрузка на очистной забой(т/мес.),

 

Средняя мощность рассчитывается по формуле:

 

                                mср = (m1+m2+m3)/3,                                               (15)

 

Средняя мощность равна:

 

mср = (3.8+2+2.5)/3=2.76м.

 

 

Ао.з.мес. определяется по формуле:

 

(16)

 

 

где:

 L -длина лавы (200), м;

 mо.пласт - мощность отрабатываемого пласта, м;

 n-количество циклов за сутки (10),

 γ - средняя плотность угля (1.29), т/м3;

 С- коэффициент извлечения угля по выемочному участку (0,95-0,97);

 N- число рабочих дней в месяце (30);

  r – глубина вруба (0,63);

 

Ао.з.мес. равна:

 

, т/мес.

 

 

 

Коэффициент К2 равен:

 

 

 

 

К3 – коэффициент,  учитывающий влияние угла падения пласта и глубины разработки.

 

 

 

К3 рассчитывается по формуле:

 

К3 = 1+ Нв/Нн                                                                        (17)

 

где:

Нв – глубина верхней границы шахтного поля( Нв = Ннаносы ),

Нн – глубина нижней части шахтного поля,

 

Нн определяется по формуле:

 

 

                                 Нн =нв + Н×sinα                                            (18)

 

 

Нн равна:

 

НН=12+3400×sin10=580 м

 

 

Таким образом: 

К3 = 1+ 12/580=1.02

 

Агод равна:                                                             

 

тыс. т/год

По параметрическому ряду годовых мощностей шахт, принимается годовая мощность, равная:

Агод.=2.7 млн.т/год.

 

 

1.3 Расчет срока службы шахты

 

Режим работы шахты по добыче угля следует принимать:

• число рабочих дней в году — 360;
• число рабочих смен по добыче угля в сутки — 3;
• продолжительность рабочей смены на подземных работах— 6 ч.(одна смена ремонтно-подготовительная);

 

Полный срок службы шахты рассчитывается по формуле:

 

                                                 Тn=t1+TP+t2    , лет                                          (19)

 

где:

t1- период освоения проектной мощности шахты  (2-3 года); t1 =2;

TP- рабочий срок службы шахты

t2- период затухания горных работ (2-3 года); t2 =2;

 

Рабочий срок службы шахты рассчитывается по формуле:

                                                              T p=                                                                                             (20)

Рабочий срок службы шахты равен:

 

Тр = 175336.815/2700 = 64.9 лет.

 

Полный срок службы шахты равен:

 

Тn=2+64.9+2=68.9 лет.

 

 

 

2. ВЫБОР СХЕМЫ И СПОСОБА ВСКРЫТИЯ ШАХТНОГО ПОЛЯ

 

 

Для того чтобы приступить к извлечению полезного ископаемого, необходимо детально разведать месторождение, разработать проект, в котором необходимо предусмотреть способ вскрытия и подготовки шахтного поля, построить горное предприятие и сдать его в эксплуатацию.

Существует три стадии разработки угольного месторождения:

1. Вскрытие запасов шахтного поля
2. Подготовка вскрытых запасов к очистным работам
3. Очистные работы

Вскрытие запасов шахтного поля - проведение горных выработок с земной поверхности для обеспечения доступа к полезному ископаемому.

Подготовка вскрытых запасов к очистным работам - проведение комплекса горных выработок после вскрытия шахтного поля, обеспечивающих возможность ведения очистных работ; подготовка создает условия для монтажа и работы очистного оборудования, для вентиляции рабочих мест, транспортирования отбитого угля, доставки в забои оборудования и материалов, подачи пневмо - и электроэнергии.

Очистные работы - отделение полезного ископаемого от массива в очистных забоях.

 

 

2.1 Выбор схемы вскрытия шахтного поля

 

Основными факторами, определяющими выбор схемы и способа вскрытия шахтного поля или его части, являются: число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства боковых пород, мощность наносов или покрывающей непродуктивной толщи,  нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности, производственная мощность шахты, размеры шахтного поля, срок службы шахты, подготовка шахтного поля, система разработки, схема вентиляции и др.

 

Схемой вскрытия - называют пространственное расположение сети вскрывающих выработок (стволы, штольни и др.) относительно границ шахтного поля.

Схемы вскрытия:

I. По количеству транспортных горизонтов делятся на:

1. Одногоризонтные;
2. Многогоризонтные;

 

1) Одногоризонтная схема вскрытия свиты пологих пластов вертикальными стволами и капитальным квершлагом применяется при угле падения пластов 8˚ — 18˚ и размерах шахтного поля по падению не более 2,5 км. Её отличают относительно большой объём наклонных капитальных выработок, снижающий эффективность производства из-за использования малопроизводительной канатной откатки, а также значительной утечки воздуха, возникающие при движении его по наклонным выработкам в противоположных направлениях.

2) Многогоризонтное вскрытие  пологих пластов вертикальными  стволами и капитальными квершлагами  производится при углах падения  пластов 8˚ — 18˚ и размерах  шахтного поля по падению от 2,5 до 4 км и более. Схема требует последовательной углубки стволов и проходки нескольких параллельных квершлагов. Если верхняя граница шахтного поля находится сравнительно близко от земной поверхности, для проветривания выработок в каждой панели первого горизонта проходят шурфы или сооружают один фланговый ствол у границ смежных панелей и вентиляции квершлагов.

 

II. По типу дополнительных вскрывающих выработок:

1) с квершлагами;

2) с гезенками;

3) со слепыми стволами;

 

III. По расположению главных вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля:

1) Центрально-сдвоенное расположение стволов;

2) Центрально-отнесенное расположение стволов;

3) Диагональное расположение стволов;

4) Фланговое расположение стволов;

5) Секционное расположение стволов;

6) Комбинированная схема расположения стволов.

 

IV. По расположению главных вскрывающих выработок:

1). По пласту и по породе.

2). По пласту.

3). По породе.

 

V.По виду вспомагательной вскрывающей выработки:

1). Капитальный.

2). Погоризонтный.

3). Блоковый.

4). Панельный.

5). Этажный.

На основании исходных данных угол наклона пластов 10˚, размер шахтного поля по падению 3400м и простиранию 5700м выбирается многогоризонтная схема вскрытия с погоризонтными квершлагами. Шахтное поле делится на две бремсберговые части по 1200м каждая и одну уклонную часть равную 1000м.      

Расположение стволов позволит наиболее эффективно обеспечить проветривание горных выработок  шахты, доступ к пластам и транспорт угля на поверхность.

 

 

2.2 Выбор способа вскрытия шахтного поля

 

Способ вскрытия – совокупность всех вскрывающих выработок шахтного поля с учетом их функционального назначения.

Способы вскрытия:

1. Вертикальными стволами;
2. Наклонными стволами;
3. Штольнями;
4. Комбинированный способ.

 

1. Вертикальными стволами, как правило, пересекают пласты полезного ископаемого или размещаются в породах лежачего или висячего бока вскрываемых пластов.

Достоинства способа: широкий диапазон применения.

Недостатки способа: большая продолжительность строительства шахты и высокие капитальные затраты; относительно низкая пропускная способность и сложность эксплуатации подъемного транспорта.

2. Наклонными стволами, проводятся с поверхности, обычно по пласту полезного ископаемого или параллельно последнему в породах лежачего бока, однако в некоторых случаях наклонные стволы проводятся по вмещающим породам под некоторым углом к напластованию.

Скорость проведения наклонного ствола в среднем в 2-4 раза выше скорости проведения вертикального ствола той же площади поперечного сечения, что позволяет сократить общий срок строительства шахты на 20- 30%; стоимость проведения 1м наклонного ствола примерно в 1,2-1,5 раза меньше, чем вертикального; возможна полная конвейеризация угля от очистного забоя до поверхности. Наклонный ствол состоит из устья и собственно ствола.

Достоинства: вскрытия наклонными стволами: возможность полной конвейеризации транспортирования угля от забоя до мест отгрузки его потребителям; большая пропускная способность ствола, оборудованного конвейером для выдачи угля; меньший срок строительства шахты и меньшие первоначальные капитальные затраты, чем при вскрытии вертикальными стволами; возможность доразведки шахтного поля и получения дополнительных данных о горно-геологических условиях месторождения.

Недостатки: вскрытия шахтных полей наклонными стволами: большая по сравнению с вертикальными длина при вскрытии одного и того же горизонта; небольшая пропускная способность стволов при канатной откатке; повышенные затраты на поддержание и обслуживание стволов.

Наклонные стволы проходятся буровзрывным и комбайновым способами. Выбор того или иного способа определяется крепостью пород, по которым проводится выработка.

3. Штольни, как и наклонные стволы, могут проводиться по пласту  или под углом к нему в  породах лежачего или висячего  бока. Используется в холмистой местности.

Достоинства способа: простота основного и вспомогательного транспорта; простота проветривания; низкие капитальные затраты и сроки строительства шахт.

Недостатки способа: ограниченность условий применения.

4. Комбинированный способ вскрытия сочетает в себе элементы вышеупомянутых способов. Этот способ позволяет эффективнее реализовать достоинства и компенсировать недостатки присущие различным способам.

В данной курсовой работе вскрытие шахтного поля будет осуществляться тремя наклонными стволами (главный, вспомогательный, вентиляционный), которые будут проходить по породам лежачего бока.

К сдаче шахты в эксплуатацию стволы должны быть пройдены на расстояние, равное наклонной высоте первого этажа. По мере его отработки стволы углубляют до откаточного горизонта следующего этажа. Откаточный штрек первого этажа после его отработки служит в качестве вентиляционного для второго этажа. Последовательность отработки шахтного поля, вскрытого наклонными стволами, показана на рисунке 1.

 

Рис. 1. Последовательность отработки шахтного поля, вскрытого наклонными стволами:

1 – наклонные стволы; 2, 3 – соответственно  вентиляционный и откаточный  штреки; 4 – лавы; I – II – этажи

 

 

2.3 Безопасность ведения горных работ при вскрытии шахтного поля

 

1. Вскрытие и подготовка шахтных полей с опасными и угрожаемыми по внезапным выбросам пластами должны обеспечивать максимальное использование опережающей отработки защитных пластов, заложение подготовительных выработок в неопасных пластах и защищенных зонах и в невыбросоопасных породах, наименьшее число пересечений выбросоопасных пластов, применение столбовых систем разработки, рассредоточение вентиляционных потоков в шахтном поле, возможность секционного проветривания и подсвежения исходящих струй выемочных участков, обособленное проветривание подготовительных забоев, отработку пластов без оставления целиков. Порядок отработки пластов согласовывается Госгортехнадзором России.
2. На вскрытие, проведение подготовительных выработок на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам пластах разрабатывается и пересматривается не реже одного раза в год комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа, который должен пройти экспертизу промышленной безопасности. Комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа утверждается руководителем организации.

На основании комплекса мер разрабатываются паспорта вскрытия пласта, а

также мероприятия по борьбе с выбросами для включения в паспорт выемочного участка и паспорт проведения и крепления выработок.

Паспорта на вскрытие выбросоопасных пластов, а также на отработку особо выбросоопасных пластов или участков, изменения и дополнения к ним согласовываются и утверждаются техническим руководителем организации. Паспорта на отработку выбросоопасных пластов и вскрытие угрожаемых пластов проходят экспертизу и утверждаются техническим руководителем организации.

3. Технология вскрытия и подготовительных работ, способы предотвращения внезапных выбросов и горных ударов, оборудование, необходимое для этих целей, выбираются с учетом требований по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа и склонных к горным ударам, установленных Госгортехнадзором России.

Вскрытие пластов, ведение очистных и подготовительных работ на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам и горным ударам пластах допускается в случае, когда забой находится или приведен в невыбросоопасное и неудароопасное состояние. Выполнение прогноза выбросоопасности перед вскрытием пласта, включая измерение необходимых параметров, должно осуществляться под методическим контролем представителя экспертной организации.

4. На шахтах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, выделяется смена для выполнения локальных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа и сотрясательного взрывания. Время на выполнение указанных работ устанавливается на основании хронометражных наблюдений, указывается в паспорте выемочного участка или в паспорте на проведение и крепление выработки. При этом на случай внезапного выброса предусматривается место нахождения работников, где обеспечивается их безопасность.

5. При проведении подготовительных выработок по угольным пластам в установленных текущим прогнозом выбросоопасных зонах применяется, рамная крепь со сплошной перетяжкой пространства между рамами и забучиванием пустот в закрепном пространстве.

6. До начала пуска очистного забоя на опасном или угрожаемом по внезапным выбросам пласте получают экспертное заключение аттестованной организации о потенциальной выбросоопасности подготовленного к выемке участка и необходимости применения противовыбросных мероприятий, которое составляется на основании результатов текущего прогноза выбросоопасности в оконтуривающих выработках и геофизической разведки пласта в пределах данного участка.

7. При обнаружении признаков, предшествующих внезапному выбросу или горному удару, персонал выходит из выработки, электроэнергия отключена. Работы допускается возобновляться по письменному разрешению технического руководителя организации.