Горное дело

Министерство  образования и  науки РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования 

Сибирский государственный  индустриальный университет 

Кафедра экономики и управления горным производством 
 
 
 

ЗАДАНИЕ

На курсовое проектирование по дисциплине «Горное дело» 
 
 

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ 

 
 

Проект должен быть составлен в соответствии с  методическими указаниями. 

Руководитель  курсового проекта _________ 
 
 
 

    Введение 

      Задачами данной курсовой работы  является проектирование угольной  шахты по приведенным исходным  данным. В ходе работы необходимо рассчитать промышленные запасы шахты, проектную мощность и срок службы шахты, а также выбрать схему и способ вскрытия шахтного поля, схему и способ подготовки шахтного поля, оптимальные для заданных условий залегания угольных пластов.

    Кроме этого стоит задача выбрать и  обосновать выбранную систему разработки и определить технические средства очистных работ.

    Цель  курсовой работы - научится научным методами разработки  месторождений угля и научиться использовать наиболее эффективный, с технико-экономической точки зрения, метод для определения горно-геологических условий разрабатываемого месторождения при обеспечении безопасности ведения работ и благоприятных условий труда. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Основные  параметры шахты

 

    Шахта - промышленное предприятие, осуществляющее добычу пластовых полезных ископаемых подземным способом и отгрузку их потребителю или на горнообогатительную фабрику. Традиционно шахтой называется предприятие по подземной добыче каменного угля или горючих сланцев. Характеризуется качественными и количественными параметрами.

    Качественные  характеристики включают сведения, которые  определяют принципиальные особенности  предприятия и могут быть выражены путем их описания. К ним относятся горно-геологические условия залегания полезного ископаемого, технологическая система шахты, способ вскрытия и подготовки шахтного поля, система разработки очистных забоев и т.д.

    Количественные  характеристики шахты – численные  значения важных с экономической  точки зрения показателей. К ним  относятся : производственная мощность, срок службы, балансовые и промышленные запасы шахтного поля, его размеры по падению и простиранию, угол падения пластов. 

    

1. Промышленные  запасы шахтного поля

 

    Промышленные  запасы – балансовые запасы за вычетом потерь, подлежащие выдаче на поверхность.

    Запасы  полезных ископаемых - это количество полезного ископаемого и его компонентов, заключенное в недрах земли на определенной площади.

    Промышленные  запасы подразделяются по степени их подготовленности на вскрытие, подготовительные и готовые к выемке.

    Вскрытые  запасы – запасы, к которым обеспечен доступ с поверхности земли, через выработки.

    Подготовительные  запасы – для их разработки проведены основные подготовительные выработки.

    Готовые к выемке – запасы, для разработки которых найдены все без исключения подготовительные и нарезанные выработки, осуществлены необходимые работы, позволяющие приступить к очистной выемке угля.

    Балансовые  запасы - запасы, разработка которых экономически целесообразна. По качеству полезного ископаемого эти запасы отвечают требованиям их промышленного использования, а по количеству и условиям залегания пригодны для добывания при современном уровне техники. Они включают в себя промышленные запасы и потери.

    Балансовые  запасы шахтного поля определяются следующим образом :

    Z б = S*H* ∑ P, тыс.т.

    где S – размер шахтного поля по простиранию, м.;

    H – размер шахтного поля по падению, м.;

    ∑Р - суммарное произведение пластов , т/м².

    ∑ P= m₁v₁ +m₂v₂ +…+m_nv_n

    где mn – мощность n – го пласта ,м.;

    n – количество рабочих пластов ;

    vn – плотность угля n –го пласта, т/м².

    ∑Р = (2.4*1.3)+(4.5*1.3)+(3.8*1.3) = 13,91 т/m²;

    Zб = 5600*2800*13.91=218108800 тыс.т.

    Промышленные  запасы шахтного поля определяются по формуле:

    Zпр  = C*Zб, тыс.т.

    где С – коэффициент извлечения угля по шахте, доли ед.

    Практикой эксплуатации шахт установлено, что  коэффициент угла на шахтах составляет при углах падения пласта до 45˚  - 0,75-0,85 доли единиц. Принимаем С = 0,85.

    Zпр = 0,85*218108800==185392480 тыс.т. 
 
 
 

    

2. Проектная мощность шахты

 

    Проектная мощность шахты – это потенциально возможный объем добычи угля, предусмотренный утвержденным проектом и соответствующий заложенным решениям по технике, технологии и организации работ , т.е. тот объем добычи , который предприятие должно обеспечить в единицу времени.

    Годовая мощность шахты определяется по формуле:

     , тыс.т.

    где  k1 – коэффициент, учитывающий влияние числа угольных пластов в шахтном поле и принятых к одновременной разработке ;

          

    k1=1,73

      k2 – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на очистной забой на уровень проектной мощности шахты;

    

    где – коэффициент, отражающий степень влияния средней нагрузки на единичный очистной забой на годовую мощность шахты, = 0,0016 для Кузнецкого бассейна с пологим залеганием пластов;

    А3 – месячная нагрузка на очистной забой ,т/мес ;

    A₃=l_c*υ*m_i*v*C*N

    m_ср – средняя мощность угольных пластов;

    

    mi – мощность одного пласта, 2,2.

    lc – наклонная длина отрабатываемого столба или лавы 200 м.

    υ – суточное продвигание очистного забоя

    υ=r*n_ц

    где      r – глубина вруба, 0,63м;

          nц – количество циклов в сутки, 10;

    υ=0,63*10=6,3

    v – плотность угля, 1,3 т/м²,

    N – число рабочих дней в месяце, 25 сут.,

    С – коэффициент извлечения угля по очистному забою, 0,95

    А3=200*6,3*2,4*1,3*0,95*25=93366

    А3=93366 т/месс

    

    k₂=14.91

    

    где Н_в – глубина верхней границы шахтного поля, 22м.;

    Н_н – глубина нижней границы шахтного поля, м;

    Н_н = Н*sinα

    где α – угол падения пласта, 18;

    Н – наклонная длина поля шахты  по падению, м ;

    Sin α = Sin 18 = 3,09

    Н_н = 2500*3,09 = 7725;

    Н_н = 2500*0,35=875

    k3 = 1+22/875= 1,025

    

    m_c=25,68

    Определяем  годовую мощность шахты:

     , тыс.т.

    A_r=5,8 тыс.т. 

    

3. Срок  службы шахты

 

    Срок   службы шахты – время в годах, в течение которого будут извлекаться промышленные запасы угля  в пределах шахтного поля.

    На  протяжении всего срока службы шахты  выделяются следующие этапы: строительство и ввод в эксплуатацию , освоение проектной мощности, стабильная работа, подготовка новых горизонтов, затухание добычи и выбытие мощности .

    Полный  срок службы шахты определим по формуле:

    Т_n = T_p + t₁ + t₂

    где Т_р – расчетный срок службы шахты

    

    T_p =30,9 лет

    t₁ – срок освоения годовой проектной мощности шахты, 4 года;

    t₂ – срок затухания добычи к концу отработки запасов, 3 года.

    Т_n=30,9+4+3=37,9 года

    В результате проведенных расчетов полный срок службы шахты составил 37,9 года. 
 
 
 
 

     

     

     

      

     

    2. Выбор схемы и способа вскрытия шахтного поля

     

    Способ  вскрытия – совокупность основных вскрывающих выработок в шахтном  поле относительно транспортного горизонта с учетом их функционального назначения.

    Шахтные поля вскрывают разными способами  в зависимости от геологических, горнотехнических и экономических  факторов: формы и размеров шахтного поля, мощности и угла падения пластов, числа пластов и расстояния между ними, глубины залегания пластов от поверхности и ее рельефа, нарушения месторождения и газоносности пластов, мощности шахты и срока ее службы.

    Различают четыре способа вскрытия:

• вертикальными  стволами;

• наклонными стволами;

• штольнями;

• комбинированный способ.

    Вскрытие  пластов вертикальными стволами – наиболее универсальный и самый распространенный способ, применяемый в равнинной местности. Данный способ применяется как для пологих и наклонных пластов, так и для крутонаклонных и крутых пластов, в том числе при тяжелых условиях залегания – на большой глубине, при повышенной газоносности пластов, большой протяженности и количестве пластов, их сложной форме и др.

    Достоинствами способа вскрытия вертикальными стволами является:

• широкий  диапазон применения;

• меньшая  в сравнении с наклонными стволами протяженность основных выработок, а вследствие этого меньшие трудности в их поддержании и обслуживании;

• наиболее развитая система вентиляции шахты.

    К недостаткам стоит отнести:

• относительно длительный период строительства шахты;

• с  технической стороны – сложность  прохождения вертикальных стволов;

• высокие  капитальные затраты на сооружение шахты.

    Вскрытие  наклонными стволами целесообразно применять в тех случаях,  когда выход пласта покрыт наносами незначительной мощности (50-70 м) , в наносах отсутствуют плывуны, залегание пластов спокойное, угол падения пластов 6-25˚.

    Длина наклонных стволов не должна превышать 1500-1800 м, так как при больших размерах шахтного поля по падению осложняются условия проветривания шахт и работы вспомогательного канатного подъема, который становится ступенчатым, поэтому способ не применяется при большой протяженности пластов и большой глубине их залегания.

    Число одновременно вскрываемых пластов  не более трех. При большом числе их трудно разрабатывать с одинаковой интенсивностью, что приведет к одновременной разработке нескольких горизонтов , разбросанности горных работ и усложнит схемы подземного транспорта , вентиляции и др.

    У вскрытия пластов наклонными стволами следующие достоинства:

• относительно небольшие первоначальные затраты  на вскрытие шахтного поля и оборудование технологического комплекса поверхности;

• быстрый  ввод шахты в эксплуатацию;

• возможность получить дополнительные геологоразведочные данные при проведении стволов по пласту и попутную добычу угля, используемого для нужд строительства;

• простая  схема и возможность полной конвейеризации подземного транспорта для доставки угля на поверхность.

    К недостаткам относятся:

• ограниченная горно-геологическими условиями область применения способа;

• значительные расходы на поддержание стволов  вследствие большей их длины по сравнению  с вертикальными , пройденными на ту же глубину , и более сильного проявления горного давления со стороны  вмещающих пород;

• ограниченная пропускная способность вспомогательного транспорта, меньшая его надежность;

• большое  сопротивление наклонных стволов  движению воздуха.

    Штольнями вскрывают пласты, залегающие в районах  с сильно пересеченной гористой местностью, когда использование вертикальных или наклонных стволов технически невозможно или экономически нецелесообразно.

    Штольневое  вскрытие применяется при любых  углах падения и количестве пластов.

    При выборе места расположения штольни необходимо учитывать совокупность следующих факторов : около устья штольни должна быть площадка, защищенная от селей и достаточная для размещения технических зданий и сооружений ; обеспечена возможность подвода железнодорожного пути, шоссейной или канатной подвесной дороги; устье штольни необходимо располагать выше уровня максимального подъема воды в ближайшем водоеме за последние 40-50 лет.

    Достоинства штольневого вскрытия по сравнению  со стволами:

• проще  схемы транспортирования грузов и водоотлива;

• отсутствует  подъем;

• простая  схема поверхностного комплекса.

    Способ  вскрытия месторождения штольнями – один из самых экономичных и простых. Рекомендуется к применению во всех случаях, когда для этого имеются необходимые горно-геологические предпосылки.

    При комбинированном способе вскрытия шахтных полей для выполнения различных технологических функций сооружают не однотипные основные и дополнительные вскрывающие выработки. Фактически данный способ представляет собой синтез рассмотренных выше способов, и имеет целью достичь при наиболее рациональном техническом решении больший экономический эффект от производственной деятельности горного предприятия.

    В качестве главной вскрывающей выработки чаще всего используется наклонный ствол, в качестве вспомогательной - вертикальный. Главный наклонный ствол оборудуют мощным ленточным конвейером, который используется для транспортировки угля. Вертикальный ствол оборудуется скиповым подъемом для транспортировки породы на поверхность, а также материалов и оборудования в шахту и обратно.

    Комбинированные схемы вскрытия встречаются на старых шахтах в результате их реконструкции. В других случаях эти схемы закладывают в проекты новых шахт, например, при вскрытии пластов с резко меняющимися углами падения, мульд, куполообразных залежей, нарушенных месторождений.

    Комбинированный способ вскрытия имеет ряд преимуществ по сравнению со вскрытием вертикальными стволами, оборудованными скиповым подъемом. Обеспечивается непрерывность (поточность) транспортирования угля от очистного забоя до поверхности шахты; повышается безопасность работ, уменьшается измельчение угля, что особенно важно при добыче дорогостоящих энергетических углей, особенно антрацитов.

    К недостаткам комбинированного способа  вскрытия относится большая длина наклонных стволов по сравнению с вертикальными, что необходимо особо учитывать при применении специальных способов сооружения стволов по слабым, обводненным, трещиноватым породам. Эксплуатационные затраты на поддержание стволов , на транспортирование 1 т. Угля ленточными конвейерами больше по сравнению со скиповым подъемом; увеличивается степень измельчения угля при одинаковой вертикальной высоте подъема.

    Эффективная область применения комбинированного способа вскрытия: годовая мощность шахты должна быть более 1,5-2 млн.т. угля; глубина ведения горных работ  до 400 м; преимущественно пологих пластов с проходкой стволов под углом до 17˚, так как современные ленточные конвейеры надежно работают при угле наклона не более 18˚. Стволы желательно проходить с углом наклона, соответствующим углу падения пласта , во избежание пересечения пластов стволами и оставления охранных целиков угля на пересекаемых пластах.

    Схема вскрытия – пространственное расположение сети основных и дополнительных вскрывающих  выработок в шахтном поле.

    Различают следующие основные схемы вскрытия :

• по числу транспортных горизонтов – одногоризонтные и многогоризонтные;

• по типу дополнительных вскрывающих выработок  – без дополнительных выработок, с квершлагами (капитальными, горизонтными, этажными), с гезенками (капитальными и этажными), со слепыми стволами.

    При одногоризонтной схеме вскрывают  как отдельные пласты, так и  свиты пластов. При этом вскрытие осуществляется вертикальными стволами и капитальным или этажными квершлагами в зависимости от способа подготовки шахтного поля, реже – с использованием гезенков. Одногоризонтный способ вскрытия применяют в тех случаях, если размер шахтного поля по падению не превышает 2,5-3 км, а угол падения пласта меньше 16-18˚.

    При многогоризонтной схеме вскрытия шахтное  поле делят на три – четыре части  с размерами по 1000-1200 м. Главные вскрывающие стволы могут быть пройдены либо сразу на полную глубину, либо углубляются по мере отработки текущей выемочной ступени. Для вскрытия пластов в пределах выемочной ступени используют горизонтные либо этажные квершлаги. Многогоризонтный способ вскрытия применяют при значительных размерах шахтного поля по падению (более 3 км) и различных углах падения пластов.

    На  основании горно-геологических условий  и размеров шахтного поля применяем одногоризонтную схему вскрытия. Вскрытие осуществляем вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами. Так как размер шахтного поля по падению равен 2300 м, делим его на две выемочных ступени: по  1150 м.

    С поверхности проходим главный и  вспомогательный стволы до отметки  транспортного горизонта, оборудуем околоствольный двор, от которого проходим откаточный квершлаг до уровня каждого пласта. От транспортного горизонта по простиранию каждого пласта проводим главные откаточные штреки. По мере развития работ и погашения запасов первого горизонта углубляем стволы до второго горизонта , пласты вновь вскрываем откаточным квершлагом и главными откаточными штреками. При этом первый горизонтный квершлаг используется в качестве вентиляционного.

    Следующим этапом строительства шахты является подготовка шахтного поля, которая осуществляется проходкой дополнительных горных выработок. От главных откаточных штреков по восстанию пластов проводятся наклонные выработки – бремсберги и ходки, производится подготовка участков пластов к очистной выемке.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Выбор схемы и способа подготовки шахтного поля 

       Под подготовкой шахтного поля  понимают проведение подготовительных  выработок после вскрытия месторождения,  обеспечивающих условия для ведения  очистной выемки.

       Подготовка пласта к очистной выемке состоит из двух этапов. На первом этапе проводят подготавливающие выработки на уровне транспортного горизонта. Этот этап называют способом подготовки. В основу разделения способов подготовки положены два признака: расположение подготавливающих выработок относительно угольного пласта и число разрабатываемых пластов, обслуживаемых подготавливающей выработкой. На этом этапе подготавливающими выработками являются транспортные (главные) штреки. В зависимости от расположения этих штреков относительно угольного пласта различают:

• пластовую  подготовку;

• полевую  подготовку;

• пластово-полевую (комбинированную) подготовку.

    При пластовой подготовке весь комплекс подготавливающих выработок приходится по пласту. Ее применяют при устойчивых боковых породах, а также на пластах с углями, не склонными к самовозгоранию. Это, как правило, пласты тонкие и средней мощности.

    Достоинства способа:

• отсутствие породных работ;

• получение  дополнительной информации об элементах  залегания пласта;

• более  высокая скорость проведения выработок.

    Недостатки  способа:

• дополнительные расходы на поддержание выработок;

• ограниченная область применения на пластах , склонных к самовозгоранию.

    При полевой подготовке весь комплекс подготавливающих выработок проводят по пустым породам. Ее применяют при неустойчивых боковых породах и на пластах с углями, склонными к самовозгоранию. Как правило, полевая подготовка сопутствует мощным угольным пластам.

    Достоинства способа:

• расположение выработок вне зоны влияния очистных работ;