Процессы горных работ

Содержание

 

  1. Краткая характеристика горно-геологических условий участка.
  2. Выбор комплекса оборудования для проведения очистных ходов в камере.
  3. Расчёт производительности принятого комплекса оборудования
  4. Паспорт крепления камеры разворота комбайна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Краткая характеристика горно-геологических условий участка работ

  Второй калийный горизонт  в районе проектируемых очистных  работ залегает на глубине  от 397м до 412м с погружением  пласта на северо-запад под  углом 1-3 градуса.  Очистные работы будут проводиться в южной краевой зоне примыкающей к зоне выклинивания разрабатываемого пласта.  Горизонт подразделяется на три слоя: верхний - сильвинитовый, средний - галитовый и нижний - сильвинитовый.

Качественная характеристика слоев  приводится в нижеследующей таблице:

Наименование слоя

Мощность, м

Содержание,  %

 

Средняя

KCL

Н.О.

Каменная соль

-

   3.58

7.43

Верхний

0.98

         43.49

2.76

Средний

0.61

   4.69

4.34

Нижний

0.89

  40.75

3.78

Каменная соль

-

    1.64

6.12

       

Итого по пласту

2.48

   32.96

3.51

       

                             

Мощность водозащитной толщи  составляет 200 метров.

Покрывающие горизонт породы представлены  частым чередованием прослойков соли каменной  и глины мощностью от долей мм до 15 - 20см.

Глинистые прослойки имеют невыдержанную мощность как по простиранию,  так и по падению, иногда сливаются и тогда их мощность значительно увеличивается или, наоборот, разделяются на  более тонкие прослои  каменной соли.

Подстилающие породы ниже пласта до 6м представлены солью каменной с прослоями глины мощностью от долей мм до 10-15см.

В породах горизонта возможно наличие  газа, который может проявляться в виде газовыделений при бурении разведочных скважин и шпуров, а также в отработанном пространстве. 

Коэффициент крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова составляет 1.5I 2.0.

Кровля панельных выработок  относится по устойчивости к  1 типу.

 

 

п.п.

Элементы залегания  пласта.

Ед.

Изм.

Мин.

Мах.

1.

Глубина залегания

  • 2калийного горизонта -

 

м

412

412

2.

Мощность ВЗТ над :

  • 2 калийным горизонтом-

м

                                                                                                                                                                     

 		  
 

200

   

3.

Угол падения  - северо-запад.

Град.

1

3

Параметры пород  пласта.

Ед.

изм.

Значение.

1.

Тип кровли.

  

I

2.

Объемный вес руды.

т/м3

2.07

3.

Коэффициент крепости пород.

  

2


 

 

        

Слои сильвинита представлены неровномерным чередованием прослоев сильвинита и каменной соли. Сильвинитовые и галитовые слои содержат маломощные (от 1-2 мм до 2-6 см) глинистые прослои, мощность которых увеличивается в восточном направлении.

Исходя из горногеологических условий  месторождения и передового опыта  работы калийных рудников, для отработки  запасов 2-го горизонта в настоящем проекте применим систему разработки:

 для отработки запасов слоев  I, I-II, II:

  • камерная система разработки с податливыми целиками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      1. Выбор комплекса оборудования для проведения очистных ходов в камере.

2.1. Выбор комплекса оборудования. На основании задания, практических навыков и учебной литературы выбираем комплекс оборудования работающий по схеме:  комбайн – бункер перегружатель – самоходный вагон. По такой схеме обеспечивается максимальная производительность, потому что после заполнения вагона и ухода его к месту разгрузки руда поступает в бункер-перегружатель. После возвращения вагона в забой бункер-перегружатель быстро разгружается в вагон и цикл повторяется. В этом случае при определённом расстоянии доставки полностью устранены простои комбайна в ожидании вагона.

Исходя из величины вынимаемой горно-геологических условий, вынимаемой мощности mII+mII-III+mIII =0,65+0,6+0,85 = 2,1 м заданной производительности Qком= 2,55 т/мин, практического навыка работы и справочной литературы см. /1/, стр. 68-71, выбираем комбайн Урал-10КСА.

Согласно заданной грузоподъёмности самоходного вагона выбираем вагон 5ВС-15 грузоподъёмность 15 т, и также  выбираем бункер БП-14. Технические характеристики выбранного оборудования приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Технические характеристики выбранного оборудования.

№ п/п

Наименование

Единица

измерения

Значение

1

Комбайн Урал-10КСА

    
 

Технологическая производительность

т/мин

4,0

 

Размеры сечение проходимой выработки:

  

арочное

 

- высота выработки

м

2,2

 

- ширина выработки

м

4,0

 

Площадь сечения выработки 

м2

8,3

 

Минимальный радиус закругления

м

15

 

Габариты комбайна:

    
 

- ширина

мм

2290

 

- длинна

мм

12300

 

Средняя скорость передвижения

м/ч

120

 

Суммарная мощность электродвигателей

кВт

464,8

2

Самоходный вагон 5ВС-15М.

    
 

Грузоподъемность

т

15

 

Емкость кузова

м3

11

 

Наибольшая скорость на горизонтальном участке:

    
 

- с грузом

км/ч

8

 

- без груза

км/ч

9

 

Установленная мощность

кВт

127

 

Масса

т

16,6

3

Бункер перегружатель БП-14

    
 

Емкость кузова

м3

11

 

Грузоподъемность

т

15

 

Установленная мощность

кВт

43

4

Скребковый конвейер СП-301 (в качестве перегружателя)

  
 

Производительность

т/час

640

 

Скорость движения цепи

м/с

1,25

 

Длина конвейера в поставке

м

150

 

Мощность привода

кВт

2×55

 

Разрывное усилие цепи

кН

4860


 

2.2. Схема работы комплексов  оборудования при камерной системе разработки с плавным опусканием кровли на податливых целиках.

В качестве добычных комплексов используются комбайны Урал-10КСА в комплексе с бункером-перегружателем БП-14 и самоходным вагоном 5ВС-15М. Выбранное оборудование может работать по следующим схемам: с одним (рис. 2.1, а,б); с двумя (рис.2.1, в,г,д) самоходными вагонами.

Рис. 2.1. Схемы работы комплекса  очистного оборудования с одним (а,б) и двумя (в,г,д) самоходными вагонами: 1 – комбайн, 2 – бункер-перегружатель, 3 – самоходный вагон, 4 – пункт разгрузки вагонов, 5 – эстакада перегрузки, 6- заезды для разминовки вагонов.

По схеме (рис. 2.1. а,б) доставка руды осуществляется одним самоходным вагоном от бункера-перегружателя до скребкового конвейера блока (панели) и, далее по ленточным конвейерам до стволов N1,2.

При этой системе между очистными  ходами (камерами) оставляют целики одинаковой ширины 1,2 – 1,6 метра. Такие целики разрушаются быстрее чем жесткие, скорость вертикального оседания целика составляет от 8 до 20 мм в сутки. Это обеспечивает плавную посадку кровли. При нормальной работе 4 – 5 камер включая рабочую находятся в нормальном состоянии, а остальные (более удаленные от рабочей) камеры – разрушаются и их кровля оседает.

Ширина хода при проходке комбайном  Урал-10КСА составляет 4,0 – 4,4 метра. Комбайн имеет регулируемый по высоте рабочий орган, что позволяет беспрепятственно отогнать его из отработанной камеры. Оптимальная мощность пласта составит 2,2 – 2,6 метров. За счет уменьшения ширины целиков, по сравнения с системой с жёсткими целиками, потери руды снижаются до 25 процентов, что значительно ниже, чем при варианте с жесткими целиками.

Панели отрабатываются преимущественно односторонними блоками шириной 150-200 м с расположением камер параллельно панельным штрекам. Не исключается в зависимости от условий применение других апробированных схем ведения работ на панели. Расстояние между фронтами очистных работ в смежных блоках панели должно составлять не менее 50м.

Отработка камеры предусматривает  разделку камеры разворота на блоковых или панельных выработках. На одну очистную камеру разделывается одна камера разворота. Камеры разворота разделываются теми же комбайнами, которыми ведется очистная выемка.

Из камеры отрабатывается два хода комбайном. Первым отрабатывается к  отработанной камере, второй – ход  около массива. Цикл отработки хода состоит из трех основных операций: зарубка хода из камеры разворота  на длину 15 – 20 метров, отработка хода и отгон комбайна.

При зарубке бункер перегружатель  не может быть размещен в камере разворота, поэтому отбитая руда отгружается непосредственно в вагон. После зарубки к комбайну прицепляется бункер и продолжается проходка хода. Отбитая руда накапливается в бункере. Перегрузка её в самоходный вагон продолжается примерно 1минуту. Затем руда доставляется на конвейерный штрек. Разгрузка самоходного вагона производится путем включения данного конвейера и продолжается около 1 минуты. Разгрузка ведется на скребковый конвейер, с которого руда перегружается на панельный ленточный конвейер.

Во время работы комплекса забой  непрерывно проветривается вентилятором местного проветривания.

В случае работы комбайна по схемам (рис. 2.1, в,г,д) с двумя вагонами можно увеличить предельное расстояние доставки, при котором исключены простои комбайна в ожидании вагона. При недостаточной высоте перегрузки на 25-35% уменьшается степень заполнения вагона, в результате чего снижается производительность комплекса. Чтобы избежать этого, необходимо повышать высоту перегрузки путём применения передвижных эстокад (рис. 2.1,в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчёт производительности принятого комплекса оборудования

 

Показатели работы комплекса определяются технологическим циклом отработки камер или камерного хода (если камера включает несколько камерных ходов). Технологический цикл состоит из трех этапов: зарубки, проходки, отгона.

Зарубка —  проходка выработки на необходимую  для размещения оборудования длину и осуществление всех вспомогательных операций, обеспечивающих последующую работу комплекса в полном составе. На этапе зарубки комплекс работает без   бункера-перегружателя.

Проходка  — этап, на котором осуществляется проходка выработки на заданную длину комплексом в полном составе с выполнением всех вспомогательных операций,

Отгон —  перемещение комплекса в забой  новой выработки и подготовка к последующей зарубке.

Производительность  комплекса при проходке определяется параметрами входящих в него машин  и расстоянием доставки руды. Максимальная производительность достигается при малом расстоянии доставки, когда вагон успевает вернуться до окончания очередной загрузки бункера-перегружателя. В этом случае производительность комплекса не зависит от расстояния доставки и определяется работой комбайна, простаивающего (полностью или частично) лишь во время перегрузки руды из бункера-перегружателя в вагон. При большом расстоянии доставки комбайн заполняет бункер-перегружатель еще до возвращения вагона. К простоям комбайна при перегрузке руды добавляются простои в ожидании вагона, которые по мере увеличения расстояния доставки возрастают. На этой стадии производительность комплекса зависит также от работы самоходного вагона и с увеличением расстояния доставки уменьшается.

Расстояние доставки, при превышении которого вагон не успевает вернуться к комбайну до окончания очередной загрузки бункера-перегружателя, называется критическим. Критическое расстояние доставки зависит от параметров оборудования. Критическим расстоянием доставки определяется зона максимальной технической производительности комплекса, а также положение пунктов перегрузки или разминовки и момент введения в работу второго вагона (при использовании двух вагонов).

Техническая производительность комплекса  — средняя его производительность в конкретных горно-геологических условиях при данном расстоянии доставки, определяемая с учетом затрат времени на простои комбайна, связанные с особенностями конструкции комплекса и технологической схемой его работы (простои комбайна при разгрузке бункера-перегружателя в вагон и в ожидании вагона). Техническая производительность служит для расчета эксплуатационных показателей работы комплекса при данном расстоянии доставки.

Средняя техническая производительность комплекса — производительность при проходке выработки данной длины в конкретных горно-геологических условиях, определяемая с учетом затрат времени на простои комбайна, связанные с особенностями конструкции комплекса и технологической схемой его работы. В отличие от технической производительности она характеризует среднюю производительность комплекса не при данном расстоянии доставки, а в целом по всему этапу проходки выработки данной длины. Средняя техническая производительность служит для расчета эксплуатационных показателей, определения условий эффективного использования и направлений дальнейшего технического совершенствования комплексов, средних величин грузопотоков, поступающих и системы панельного и магистрального транспорта.

Эксплуатационная производительность комплекса — производительность комплекса при отработке камеры (проходке выработки) данной длины в конкретных эксплуатационных условиях, определяемая с учетом несовмещенных затрат времени на выполнение подготовительно-заключительных и вспомогательных операций, простоев по организационно-техническим причинам. Эти затраты времени определяются уровнем организации работ, квалификацией обслуживающею персонала, конструктивным и технологическим совершенством оборудования. В зависимости от местных условий и типа комплекса эти затраты времени могут изменяться в широких пределах. Они характеризуются коэффициентом использования комплекса во времени при проходке выработок.

Календарная производительность комплекса  — эксплуатационная производительность комплекса за календарный промежуток времени (месяц, год и т. д.), определяемая с учетом удельных затрат времени на выполнение всех видов ремонта (капитальный, средний, текущий, ремонтный осмотр). Она служит для расчета потребности в комплексах.

При расчете показателей работы комплексов приняты следующие условные обозначения; QКОМ— техническая производительность комбайна, т/мин; QК — техническая производительность комплекса, т/мин; QК.C — средняя техническая производительность комплекса, т/мин; QК.Э — сменная эксплуатационная производительность комплекса, т; QК.ПР — сменная производительность комплекса по проходке, т; QК.ПР. С — средняя сменная производительность комплекса по проходке, т; Q — месячная (годовая) производительность комплекса, т; LК — длина камеры, м; LKP —  критическое расстояние доставки, м; L3 — расстояние зарубки, м; LB — длина самоходного вагона, м; l — расстояние доставки, м; l р — расстояние до .пункта разгрузки вагона от устья камеры, м;ТК — продолжительность отработки камеры, смены; Тпр — продолжительность проходки, смены; Т3 — продолжительность зарубки, смены; ТО — продолжительность отгона, смены; ТВ — календарный фонд рабочего времени, сут; Тр — продолжительность ремонта оборудования, сут; t см — продолжительность смены, мин; tр — продолжительность разгрузки вагона (бункера-перегружателя), мин; tп — продолжительность простоя самоходного вагона при разминовках и перегрузке руды из вагона в вагон, мин; S — площадь поперечного сечения выработки, проходимой комбайном, м2; qв — грузоподъемность самоходного вагона, т; v — эквивалентная скорость движения самоходного вагона, м/мин; γ — плотность руды, т/м3; kи — коэффициент использования комплекса во времени при проходке выработок; nв — число самоходных вагонов, входящих в состав комплекса; m — число смен в сутки; mр — число рабочих смен в сутки; kn — коэффициент простоя комбайна при разгрузке бункера-перегружателя;

V = (vг + vn)/2;

vг, vn — соответственно средняя скорость движения груженого и порожнего вагона (при отсутствии фактических данных их значения принимаются по технической характеристике вагона с коэффициентом 0,7), м/мин.

Исходными данными для расчета  являются показатели QKOM, qв, tр, v. Они служат для определения технических показателей работы комплекса LKP, QK, QK.С при известных параметрах l и LK.

При определении эксплуатационных показателей используются параметры  kn, Т3, Т0, S.

Для проектных расчётов следует принимать kи = 0,5÷0,7, T3=0,5÷1 смены, Tc=l÷l,5 смены (при длине выработки до 300 м), LB = 8÷10 м, L3=15 м, Тр =50 сут, TСМ = 360 мин, m=4, mp=3, kп=0,5, γ = 2,07 т/м3 (для соляных пород), lр=0 (при расположении пункта разгрузки вагонов в устье камеры). Площадь поперечного сечения проводимой выработки S определяется типом комбайна. Для комбайна непрерывного действия с постоянной площадью поперечного сечения проводимой выработки при работе полным сечением она принимается в соответствии с технической характеристикой, а при работе неполным сечением — по фактически отрабатываемой площади сечения. Техническая производительность комбайна при этом принимается с поправочным коэффициентом, равным отношению фактически отрабатываемой площади сечения к паспортной. Для комбайна периодического действия с переменной площадью сечения проводимой выработки величина S принимается в соответствии с требуемыми размерами сечения без корректировки технической производительности комбайна. Значения параметров nв и tп зависят от схемы работы комплекса и принимаются по табл. 2.14. (см. /1/, стр. 89). Для нашего случая nв =1, tп =0.

При расчетах принимаются фактические значения исходных данных своего варианта:

Техническая производительность комбайна Qком =2,3 т/мин;

Грузоподъёмность самоходного  вагона qв= 14 т

Эквивалентная скорость движения самоходного  вагона v=95,3 м/мин

Длина очистной камеры  Lк = 190м

Расстояние от пункта разгрузки вагона до устья камеры lр= 0м

Продолжительность разгрузки вагона (бункера-перегружателя tр = 1,14 мин

Продолжительность простоя вагона при перегрузке руды из вагона в  вагон tn= 1,14 мин.

 

 

  1. Определяем критическое расстояние доставки по формуле:

Lкр=

= 1∙
= 243,3 м.

2. Техническая производительность комплекса Qк., т/мин:

Qк =

=
=  2,1 т/мин.

  1. Средняя техническая производительность комплекса Qк.с, т/мин:

Qк.с =

=
=  2,1 т/мин.

  1. Сменная эксплутационная производительность комплекса Qк.э, т:

Qк.э = kиtсмQк = 0,7∙360∙2,1= 529,2 т,

где приняли kи = 0,7 и tсм = 360 мин.

  1. Средняя сменная производительность комплекса по проходке Qк.пр.с, т:

Qк.пр.с = kиtсмQк.пр.с= 0,7∙360∙2,1 = 529,2 т.

  1. Продолжительность проходки Тпр, см:

Тпр =

=7суток.

  1. Продолжительность отработки камеры Тк, смены:

Тк =

= 11,33 смены,

 где принимаем Т3=0,8 – время зарубки, То = 1,2 – время отгона.

  1. Сменная эксплутационная производительность комплекса Qк.э, т:

Qк.э = LKSγ/Tк= 190∙9,8∙2,07/11,33 = 340,2 т.

  1. Месячная производительность комплекса Q, т:

Q = mQк.эТК1 = 4∙340,2∙21= 28 577 т/мес,

где Тк1= 25 – Тр= 25-4 =21, т.к. Тр = 50/12= 4,17 ≈ 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Паспорт крепления камеры разворота комбайна.

4.1. Выбор способа крепления. В соляных рудниках для крепления выработок применяется арочная (металлическая), деревянная (рамная) и анкерная крепь. Рассматривая конструкции, способ установки, время на возведения крепи, трудозатраты  можно выделить анкерную крепь, как наиболее рациональную и широко применяемую на соляных рудниках. В качестве анкеров для временной крепи используется клинораспорные металлические анкеры типа ЭС-85С («Эстонсланец»), а для постоянного крепления – винтовая крепь.

 

4.2. Определим длину анкеров для крепления камеры разворота комбайна "УРАЛ-1ОКСА" для условий: Второй пласт отрабатывается камерной системой с поддержанием кровли на податливых целиках: глубина  Н = (412+151)563 = м; эквивалентный полет bэкв = 7,8 м; в кровле залегают породы  3 типа; первый монолитный слой кровли представляется сильвинитом мощностью m1= 0,33 м; камера разворота охраняется разгружающей выработкой.

Решение.

Определяем необходимую длину  анкеров, для чего предварительно рассчитываем продольную нагрузку на укрепленную  анкерами кровлю по формуле (4.20):

Рх = К1К2К3Н

,

где К1К2К3 – коэффициенты, учитывающие соответственно влияние очистных работ, способ охраны и взаимное влияние выработок (принимаются по табл.1,2,3 приложения 7, см. [2])  и численно равны: К1 = 2,6 (для камерной системы на податливых целиках); К2 = 0,8 (разгружающая выработка); К3 = 1,3 (выработки камерного типа). 

Н – глубина разработки, м;

- коэффициент Пуансона, принимается  в зависимости от типа кровли  по табл.1 приложения 5 (см. [2]), ( = 0,3 – для 3 типа кровли).

Определим нагрузку сил от бокового распора:

Рх =2,6∙0,8∙1,3∙563∙2,1 =1370,12 тс/м2.

По формуле (4.19) определяем величину размерного параметра mn :

 

mn =

,

где  γ – объемный вес породы; т/м3

b –эквивалентный пролет выработки, м;

σуср -  усредненная прочность слоистых пород на сжатие, тс/м2;(равно 2700 для третьего типа кровли, см. [2],приложение 5);

       Рх – нагрузка от сил бокового распора пород на скрепленную анкерами кровлю, тс/м2.

Отсюда:

mn =

= 0,99 м.

Минимальная мощность скрепляемых  пород кровли камеры разворота определяем по формуле (4.18, см.[1], стр. 46):

Mmin = 1,22

где mn – размерный параметр, м;

σ1 – предел прочности на сжатие породы первого слоя; принимается для каменной соли 3300 тс/м2, для сильвинита 3800 тс/м2;

σуср -  усредненная прочность слоистых пород на сжатие, тс/м2;

       Рх – нагрузка от сил бокового распора пород на скрепленную анкерами кровлю, тс/м2.

И, так минимальная мощность составляет:

Mmin = 1,22

= 1,2 м.

Принимаем стандартный типоразмер анкеров длиной 1,2 м.

 

4.2.1. Эквивалентный пролёт для камеры разворота определяем по приложению 6 (см. /2/, стр. 162) и таблице 4.1.

Таблица 4.1. Эквивалентные пролёты  типовых сопряжений горных выработок.

 

4.2.3. Расчет шага установки анкеров:

а) Расстояние между анкерами в  ряду для крепления сопряжения составляет:

= 3,7 м,

где К4 – коэффициент, равный 1,0 для подготовительных выработок.

Принимается квадратная сетка 3,7x3,7 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

  1. Справочник по разработке соляных месторождений. Р.С.Пермяков, О.В.Ковалёв, В.Л.Пинских и др. – М.:Недра, 1986. – 212 с.
  2. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. Солигорск- Минск, 1985 г, 214 с.

 




Процессы горных работ