Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Подземные геотехнологии: шахты Донбаса

Содержание

Бланк задания с исходными данными

Введение

Краткая горно-геологическая характеристика месторождения.
Основные параметры шахты. Подсчет запасов и определение производственной мощности шахты.

Подсчет балансовых и промышленных запасов, обоснование величины потерь угля в шахтном поле.

Определение производственной мощности шахты и расчет срока ее службы.
Определение категории шахты по метану.

Вскрытие, подготовка и система разработки шахтного поля.

Вскрытие шахтного поля
Околоствольный двор
Подготовка шахтного поля
Система разработки шахтного поля

Технология, механизация и организация подготовительных работ.
Технология, механизация и организация очистных работ.
Технико-экономическая оценка технологической схемы очистных и подготовительных работ.
Охрана труда и техника безопасности.

Заключение.

Список использованных источников.

Бланк задания с исходными данными

Выбрать и обосновать рациональный способ вскрытия, подготовки и системы разработки шахтного поля, с последующим составлением паспорта выемочного участка по следующим данным:

№основного варианта 21

№дополнительного варианта 6

Бассейн Донбасс

Количество пластов 2

Угол падения пластов, град. 11

Мощность пластов, м 0,9; 1,1

Сопротивление угля резанью, М 181

Мощность междупластья, м 55

Плотность угля, т /м³ 1,45

Породы кровли песчанистый

сланец

Породы почвы аргиллиты

Относительная газообильность, м³/т 22

Опасность пласта по внезапным

выбросам опасен

Склонность пласта к

самовозгоранию склонен

Размеры шахтного поля:

по простиранию, м 4400

по падению, м 3800

Введение.

Горнодобывающая промышленность поставляет народному хозяйству страны топливо, руды металлов, удобрения и другие необходимые минералы и горные породы. Большое значение для топливно-энергетического комплекса имеет добыча угля, преобладающая часть которой приходится пока еще на подземный способ. Предусматривается дальнейшее развитие этого способа добычи угля, тем более что в си лу особенностей угольных месторождений самые ценные угли (угли, идущие на коксование, и антрациты) добываются практически только подземным способом. Поэтому совершенствованию технологии подземной добычи угля, обеспечивающей высокую эффективность выемки пластов, рациональное использование запасов и безопасность работ, придается первостепенное значение.

С проникновением горных работ на более глубокие горизонты горно-геологические условия усложняются: возрастают температура и газообильность, увеличивается опасность внезапных выбросов угля и газа, горных ударов. Наряду с этим, требуется постоянное улучшение условий т руда, техники безопасности, повышение производительности труда, снижение себестоимости. Решить эту проблему возможно только путем комплексного обоснования вопросов вскрытия, подготовки, систем разработки и механизации производственных процессов. В этом заключается главная задача курса.

Современная угольная шахта – это комплексно механизированное и автоматизированное горнодобывающее предприятие большой мощности с высоким уровнем концентрации и интенсификации производства, имеющее поточный характер основных технологических процессов. Поэтому горный инженер, специалист по разработке месторождений полезных ископаемых, должен быть высокообразованным, всесторонне развитым человеком. От знаний и организаторских способностей горного инженера во многом зависит качество и своевременное выполнение производственных заданий, эффективная разработка месторождения, рациональное использование недр и рабочего времени, машин и оборудования. Поэтому горный инженер должен уметь разработать проект строительства или реконструкции угольной шахты или ее части с проведением необходимых расчетов на ЭВМ; рассчитать оптимальные параметры очистного забоя, системы разработки, вскрытия и подготовки шахтного поля; выбрать средства комплексной механизации; разработать мероприятия по отработке пластов, склонныхк внезапным выбросам угля и газа или горным ударам. В конечном итoгe результаты его работы должны способствовать решению ключевой задачи экономики – кардинальному повышению производительности труда.

Краткая горно-геологическая характеристика месторождения

2 Основные параметры шахты

Подсчет запасов и определение производственной мощности шахты\

2.1 Подсчет балансовых и промышленных запасов, обоснование величины потерь угля в шахтном поле

Расчет балансовых запасов, потерь и промышленных запасов шахтного поля производится по методике А.П. Килячкова.

Балансовые запасы шахтного поля

Z_б=S*H*∑m_i*γ_i,

где Z_б – балансовые запасы угля, т;

S – размер шахтного поля по простиранию, м;

Н – размер шахтного поля по падению, м;

n – число рабочих пластов в шахтном поле;

m_i– мощность i-гo рабочего пласта, м;

γ_i – объемная масса угля i-гo рабочего пласта, т/м³.

Для определения промышленных запасов необходимо установить величину потерь по каждому из пластов по их источникам: общешахтные (в барьерных и охранных целиках), эксплуатационные и связанные с геологическими нарушениями. Промышленные запасы определяются по формуле

Z_п_р = Z_б-Z_n

где Z_пр – промышленные запасы угля, т;

Z_n – суммарные потери угля, т.

Потери определяются на основании расчетов частных видов потерь: общешахтных, эксплуатационных и вблизи геологических нарушений

Z_n = Z_о_б+Z_г_н +Z_э_к_с_п

где Z_oб – общешахтные потери, т;

Z_гн – потери, связанные с геологическими нарушениями пластов, т;

Z_эксп – эксплуатационные потери, т.

Общешахтные потери слагаются из потерь угля в барьерных и охранных целиках

Z_o6=Z₁+Z₂

где Z₁ – потери угля в барьерных целиках, т;

Z₂ – пoтеру гля в охранных целиках, т.

Барьерные целики оставляют у границ шахтного поля, чтобы исключить возможность вскрытия старых затопленных горных выработок соседних шахт.

Потери в барьерных целиках определяются по формуле

Z₁ =2h-[S + (H-2h)]*т*γ

где h – ширина барьерных целиков, условно принимается равной 50м.

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

Z₂=(0,01, ..., 0,02)/(0,02, ...,0,04)*Z_б

Потери в целиках вблизи геологических нарушений определяется характером и числом нарушений. Их величина в среднем равна 1-1,5% от балансовых запасов

Z_гн = (0,01,…,0,015)*Z_б

где Z_гн – потери в целиках вблизи геологических нарушений, т.

Таким образом, величина общешахтных потерь и потерь в целиках около геологических нарушений ровна

Z_o6=Z₁+Z₂+Z_гн=2l*[S + (H-2l)]*∑m_i*γ_i+0.02.Z_б

Эксплуатационные потери включают потери по площади в целиках у горных выработок: по мощности – в пачках угля, в кровле и в почве пласта, а также потери угля в забоях и при транспортировании.

Эксплуатационные потери угля

Z_э_к_с_п = (Z_б - Z_об – Z_гн )*К_э_п

где Z_эксп – эксплуатационные потери угля, т;

К_эп – коэффициент эксплуатационных потерь; принимается для тонких и весьма тонких пластов – 0,08; средней мощности – 0,12; мощных пологих – 0,15; мощных крутых – 0,20.

Суммарные потери угля в шахтном поле

Z_n =Z_oб + Z_гн + Z_э_к_с_п

По итоговым данным определить коэффициент запасов угля из недр

Подсчет балансовых и промышленных запасов, величины потерь угля в данном шахтном поле

Балансовые запасы шахтного поля

Z_б = 4400 *3800 * 1,45 * (0,9 + 1,1) = 48488000 т

Потери в барьерных целиках определяются по формуле

Z₁ = 2 * 50 * [4400 + (3800 - 2 * 50)] * 1,45 * (1,1 + 0,9) = 2349000 т

Потери в охранных целиках

Z₂ =0,015*48488000 = 727320 т

Потери в целиках вблизи геологических нарушений

Z_г_н=0,0125*48488000 = 60610 т

Величина общешахтных потерь и потерь в целиках около геологических нарушений ровна

Z_o_б = 2349000 + 727320 + 606100 = 3682420 т

Эксплуатационные потери угля

Z_э_к_с_п = (48488000 -3682420) * 0,08 = 3584446,4 т

Суммарные потери угля в шахтном поле

Z_n = 9711060 + 8371190,4 = 7266866,4 т

Промышленные запасы определяются по формуле

Z_п_р = 48488000- 7266866,4 = 41221133,6 т

Коэффициент извлечения запасов угля из недр

2.2 Определение производственной мощности шахты и расчет срока ее службы

Для расчета производственной мощности шахты воспользуемся двумя методами: методом, предложенным П.З. Звягиным и аналитическим методом, предложенным проф. А.С. Малкиным.

где c, φ, K_l, К₂, К_пр – расчётные коэффициенты, значения которых приведен ы в таблице 1;

Е = 0,1 – коэффициент сравнительной экономической эффективности капитальных вложений;

Z – промышленные запасы шахтного поля, тыс.т .

Таблица 1

Бассейн

Расчётные коэффициенты

К₁

К₂

К_{п р} * 10^-3

Через Q обозначается среднемесячная нагрузка на очистной забой в тысячах тонн, которая определяется по формуле:

где N = 25 – число рабочих дней в месяце;

L – длина лавы, м;

v – скорость подвигания забоя лавы, м/сут;

m – мощность пласта, м;

γ – средняя плотность угля, т/м³;

с = 0,98 – коэффициент извлечения угля в очистном забое.

В соответствии с параметрическим рядом мощностей шахт, принимаю мощность шахты равную 1,8 млн.т.

Определим срок службы шахты по формуле

где t – суммарное время на освоение проектной мощности и свертывание добычи , t = 5...6 лет;

2.3 Определение категории шахты по метану

Заданная относительная газообильность равна 22т /м³, следовательно, данная шахта относится к сверхкатегорной.

3.Вскрытие, подготовка и система разработки шахтного поля

3.1 Всктытие шахтного поля

Многообразие условий залегания и числа вскрываемых пластов, а также других горно-геологических факторов предопределяют способ вскрытия.

Вскрытие полей примерно 45% шахт основных бассейнов при разработке пологих и наклонных пластов осуществляется вертикальными стволами. Вертикальные стволы применяются для вскрытия свиты пластов любой мощности наносов, глубины разработки, размеров шахтного поля и производственной мощности шахты.

Схема вскрытия должна обеспечивать: рациональную разработку шахтного поля в течение всех этапов работы шахты и получение стабильной проектной добычи угля на каждом этапе; минимальный объем вскрывающих горных выработок; минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие месторождения и строительство шахты; однотипность применяемого транспорта во всех горных выработках, возможность периодического обновления горного хозяйства шахты; достаточно большие запасы угля на эксплуатационном горизонте для того, чтобы промежутки между углубками стволов или изменения элементов схемы были по возможности более длительными; надежное и эффективное проветривание шахты и выемочных полей; применение прямоточной схемы проветривания на сверхкатегорных шахтах.

Исходя из заданных условий, принимаем схему вскрытия шахтного поля вертикальными стволами с погоризонтными квершлагами. Данная схема применяется при углах падения пластов 8-25° и размерах шахтного поля по падению от 2,5 до 4 км.

Сущностью этого способа вскрытия является деление шахтного поля по линии падения на части путем последовательной углубки стволов и проведения на каждом горизонте горизонтальных квершлагов, называемых в данном случае погоризонтными.

Первоначально стволы проходят только до отметки первого горизонта, а пласты вскрывают погоризонтным квершлагом. На него отрабатывают запасы бремсберговой части. По мере отработки этих запасов стволы заблаговременно углубляют до второго горизонта, а пласты вновь вскрывают погоризонтным квершлагом.

При отработке запасов второго горизонта квершлаг первого горизонта используется как вентиляционный.

Проветривание бремсберговой част и нижнего горизонт а можно осуществить непосредственно через вентиляционный ствол, для чего необходимо провести вентиляционный квершлаг на границе между полями верхнего и нижнего горизонтов. При отсутствии такого квершлага исходящую струю с нижнего горизонта следует выводить по уклону верхнего горизонта.

Для проветривания уклонной части сохраняются бремсберги отработанного бремсбергового поля, по которым исходящая струя воздуха поступает на вентиляционный квершлаг, или на уровне откаточного квершлага второго горизонта проводится вспомогательный вентиляционный квершлаг.

Достоинствами данного способа вскрытия являются простота схемы проветривания, меньшие затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок, более высокие нагрузки на очистные забои и выемочные поля.

Рассматриваемая схема вскрытия имеет то преимущество, что даже при значительных размерах шахтного поля по падению (в данном случае 3800 м) отдельные его части, отрабатываемые на погоризонтные квершлаги (следовательно и наклонные выработки), имеют умеренную длину (в нашем случае 1250 м).

Недостатки – частые углубки стволов и меньший срок службы горизонта (по сравнению со вскрытием капитальными квершлагами), значительные затраты на проведение и поддержание квершлагов и штреков главного направления.

3.2. Околоствольный двор

Выбор типа околоствольного двора определяется рядом факторов, в том числе: углом падения пластов, их числом и расстоянием между ними, способом вскрытия шахтного поля, а также устойчивостью горных пород, в которых предполагается сооружать околоствольный двор. Кроме т ого, учитывается экономичность привязки того или иного типа околоствольного двора к конкретной схеме вскрытия. Минимальный его объем достигается в том случае, когда клетевая ветвь является одновременно частью магистральной выработки.

Требования к околоствольному двору: достаточная пропускная способность, целесообразная компоновка поверхностного комплекса шахты, простая увязка с примыкающими выработками, минимальный объем выработок, простота маневра, минимум обслуживающего персонала.

В данном случае целесообразно применение кругового околоствольного двора. Основным его достоинством является: компактное расположение выработок, простота маневров, простота привязки к конкретным горно-геологическим условиям.

Рис. 1.1 Кругового околоствольного двора с ветвями, параллельными главной откаточной выработке.

1 – скиповой ствол; 2 – клетевой ствол; 3 – угольная разгрузочная яма; 4 – породная разгрузочная яма; 5 – главная откаточная выработка.

Круговой параллельный околоствольный двор является наиболее экономичным из всех остальных, поскольку вся его грузовая ветвь является частью главной откаточной выработки. Его конфигурация обеспечивает правильное разрешение всех транспортных вопросов, возможность применения простых технологических схем сооружения выработок и сокращения сроков строительства.

3.3. Подготовка шахтного поля

На выбор схем и способов подготовки шахтных полей оказывают влияние горно-геологические и горно-технические факторы. При этом из горно-геологических факторов наибольшее влияние имеют угол падения пласта, нарушенность месторождения, газоносность и водообильность пластов, а из горнотехнических факторов – размеры шахтного поля по простиранию, способ проветривания, скорость проведения подготовительных выработок и заданный объем добычи.

Подготовка шахтногополя осуществляется панельным способом. Сущность панельного способа подготовки заключается в том, что шахтное поле по простиранию делят на участки (панели), ограниченные по восстанию (падению) основными штреками или основным штреком и границей шахтного поля. Если бремсберг (уклон) проходят посредине панели, то панель называется двусторонней, а если у границы панели, то односторонней, причем первые наиболее предпочтительны. При панельной подготовке проводят только один основной откаточный штрек на горизонте околоствольного двора.

Длина панели обычно регламентируется транспортными средствами по наклонным выработкам и условиями проветривания. Размер панели по простиранию в большинстве случаев составляет 2500-3000 м, по падению – 1200- 1500 м, в сложных горно-геологических условиях (наличие тектонических нарушений пласта, ориентированных в крест простирания, слабые боковые породы и пучащая почва) принимается в пределах 1500-2000 м.

Панели по падению делят на ярусы. Ярус – это часть пласта в пределах панели, ограниченная выемочными штреками (конвейерным и вентиляционным). Ярус можно вынимать одной, двумя или тремя лавами, работы в которых ведутся одновременно или с некоторым опережением в одной из них относительно другой.

Проветривание сгруппированных панелей осуществляется через самостоятельные стволы, по которым отводится исходящая воздушная, поступающая из очистных и подготовительных забоев струя.

Панельные бремсберги и уклоны проводят по каждому пласту.

Панельный способ подготовки шахтных полей, как правило, применяется при разработке горизонтальных пластов в случае «ножной» конфигурации шахтного поля и при углах падения пластов 11-35° с выемкой их по простиранию.

Достоинства панельного способа подготовки:

- возможность создания крупных по мощности шахт, благодаря одновременной работе в нескольких панелях и обеспечение благоприятных условий для п рименения наиболее эффективного конвейерного транспорт а;

- бесперегрузочная перевозка материалов колесным транспортом от склада до забоя и обрат но;

- сравнительно малый объем постоянно поддерживаемых выработок;

большая нагрузка на отдельный пласт и панель, способствующая высокой концентрации горных работ.

Недостатки панельного способа подготовки:

ограничение области применения пологими и наклонными пластами;

- сложность в обеспечении надежного проветривания длинных бремсберговых и особенно уклонных полей, имеющих одновременно в работе несколько забоев подготовительных и очистных выработок;

- трудности при эксплуатации длинных наклонных выработок.

3.4. Система разработки шахтного поля

Под системой разработки пластовых месторождений понимается определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в пределах выемочного поля, увязанный в пространстве и во времени.

Условия залегания угольных месторождений весьма разнообразны и поэтому выбор системы разработки зависит от ряда геологических, технических и организационных факторов, определяющих эти условия. Основными факторами, влияющими на выбор систем разработки угольных месторождений, являются: форма залегания пластов в недрах, их мощность, угол падения, строение; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и водоносность месторождения; склонность пластов к внезапным выбросам угля и газа и самовозгоранию; расстояние между смежными пластами угля; глубина разработки; способы и средства механизации производственных процессов в очистных и подготовительных выработках и др.

Системы разработки должны обеспечивать безопасность ведения работ, экономичность их, минимальные потери полезного ископаемого и наибольшую добычу его.

В соответствии с технологическими схемами принимаем систему разработки длинными столбами по простиранию с обрушением.

Принимаю систему разработки длинными столбами по простиранию. Эта система принимается на пластах мощностью 0,55-2,5 м с углом падения 3-18° при газообильности более 10 м³/т, с породами кровли не ниже средней устойчивости.

система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке уклонного поля. Подготовка столбов в каждом ярусе заключается в проведении штреков от панельного уклона до границ панели по простиранию, у которых проводят разрезные печи, после чего начинают отрабатывать столбы обратным порядком.

Oтличительной особенностью системы является нисходящее проветривание очистных забоев по прямоточной схеме с н аправлением нисходящей струи на специальные вентиляционные уклоны, проведенные на границах выемочного участка (панели). Это в значительной степени уменьшает опасность работ на сопряжениях лав с выемочными штреками.

Ярус высотой 150-250 м отрабатывают двусторонними выемочными полями в нисходящем порядке. Охрана штрека со стороны выработанного пространства осуществляется железобетонными тумбами в один или два ряда в зависимости от глубины разработки; возможен вариант охраны литыми полосами.

Достоинствами системы являются минимальные потери угля, полная независимость очистных и подготовительных работ, простое и надежное проветривание.

Недостamки: высокие затраты времени и средств на проветривание большого объема выработок и поддержание вентиляционных уклонов.

В соответствии с заданными размерами, шахтное поле делится по падению на три транспортных горизонта, а так как он о двукрылое, то принимаю 86 выемочных столбов длиной 1000 м при длине лавы 175 м. Порядок отработки шахтного поля – обратный. По мере отработки выемочных столбов подготовительные выработки погашаются.

4.Технология, механизация и организация подготовительных работ

Главными задачами проведения горной выработки являются сокращение сроков проходки и снижение стоимости при условии полного обеспечения ее основных функций. Снижение стоимости выработки достигается путем правильного выбора размеров и формы ее поперечного сечения, принятия наиболее экономичных видов материала крепи, соответствующих сроку службы выработки, а также оптимальной технологии и организации работ по проведению горной выработки.

Руководствуясь технологическими схемами, выбираю оборудование для проведения горных выработок (Таблица 2).

Оборудование для проведения горных выработок

Таблица 2

Наименование оборудования	Ярусный конвеерный штрек		Панельный вспомога- тельный уклон		Панельный людской уклон		Панельный конвеерный уклон		Вентиляционный уклон
Наименование оборудования	Тип	К-во	Тип	К-во	Тип	К-во	Тип	К-во	Тип	К-во
Комбайн	4ПП2	1	4ПП2	1	4ПП2	1	4ПП2	1	4ПП2	1
Перегружатель	ППЛ1К	1	ППЛ1К	1	ППЛ1К	1	ППЛ1К	1	ППЛ1К	1
Погр. машина	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Бур.установка	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Манипулятор	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Электросверло	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Конвейер	-	-	-	-	-	-	1ЛУ100	Расч	-	-
лебедка	-	-	БМ3000	1	БМ3000	1	-	-	БМ3000	1
Моно-ая дорога	-	-	-	-	-	-	6Д МК	1	-	-
Крепеустановщик	-	-	-	-	-	-	-	-	КПМ	1
Вагонетка	ВГ	Расч	ВГ	Расч	ВГ	Расч			ВГ	Расч
вентилятор	СВМ6	Расч	СВМ6	Расч	СВМ6	Расч	СВМ6	Расч	СВМ6	Расч