Процессы очистных работ. 2

Содержание.

Введение                                                                                                                                         2

Выбор эксплуатационного  оборудования                                                                                   2

Выбор формы и размеров поперечного сечения выработки                                                     3 

Выбор способа проходки выработки                                                                                           5

Разработка паспорта буровзрывных работ                                                                                

     Выбор бурового оборудования                                                                                               5

     Определение числа и глубины шпуров                                                                                  6                                                                                     

     Определение массы ВВ на взрыв и на одиночные шпуровые заряды                                7

     Выбор способа взрывания и замедления                                                                               9

Проветривание                                                                                                                              9

Уборка отбитой горной массы                                                                                                    12

Крепление выработки и  выбор параметров анкерной крепи                                                   14

Расчет времени цикла  и планограммы работ                                                                            14

Заключение                                                                                                                                   19

Список литературы                                                                                                                      20                                                                                                                  

Введение.

       Цель данной работы - разработать проект проходки квершлага. Квершлаг - горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проводимая вкрест простирания горных пород. Протяженность выработки 500 м., выработка подготовительная, предназначена для транспортировки металлической руды. Порода, по которой проводится выработка – известняк с коэффициентом крепости - 13, опасная по газу, крепь анкерная.

Выбор эксплуатационного  оборудования.

      Исходя из данных курсового проекта (назначение выработки-транспортировка  железной руды; транспорт рельсовый; ширина колеи 750 мм.; опасность шахты по газу) по справочнику [4] выбираем электровоз аккумуляторный АМ8Д с габаритными размерами 1,42х1,35 м. Также выбираем шахтные вагонетки ВГ2,5 с габаритными размерами 1,3х1,24 м. , т.к. они подходят по ширине колеи.

      Характеристики  выбранного оборудования:

Электровоз аккумуляторный АМ8Д:

• Масса:8.7 т
• Колея:750 мм
• Сила тяги часового режима: 12.2 кН
• Скорость движения при часовом режиме: 7,2 км/ч
• Диаметр колеса по кругу катания: 680 мм
• Минимальный радиус кривой вписывания: 8 м
• Жесткая база: 1200 мм
• Суммарная мощность тяговых электродвигателей в часовом режиме:26 кВт
• Энергия тяговой батареи: 45,1 кВт.час
• Исполнение: РП
• Габариты:

                           Длина 4,55 м

                           Ширина на колею 750 мм  1,35 м

                           Высота  1,42 м

Шахтные вагонетки ВГ 2,5:

• Емкость 2,5 м³
• Колея 750 мм
• Длина по буферам 3150 мм
• Ширина кузова 1350 мм
• Высота головок рельсов 1400 мм
• Диаметр колеса 400 мм
• Жесткая база 1000 мм

2

• Высота  оси сцепки 365 мм, Коэффициент тары: не более 0,42

Выбор формы и размеров сечения выработки.

        Форму  и размеры сечения выработки выберем по методичке [1] и по [3].

       Размеры  поперечного сечения выработки  можно определить графическим  и аналитическим способами, исходя  из размеров транспортных устройств  (количества рельсовых путей и  ширины подвижного состава, перемещающегося  по выработке, или ширины конвейерного  става), зазоров между транспортным  оборудованием и крепью, предусмотренных  правилами безопасности, проходов  для безопасного передвижения  рабочих, толщины крепи, строения транспортного пути, высоты подвески контактного провода и количества воздуха, необходимого для обеспечения проветривания очистных забоев с допустимыми скоростями его движения.

Ширина выработки в свету  на уровне верхней части подвижного состава составит:

B = А·n+b+c+с^΄,

где А – максимальный поперечный размер транспортного устройства (вагонетки, электровоза, конвейера); п – количество транспортных (рельсовых) путей в выработке; в – зазор (безопасное расстояние, регламентируемое ПБ) между крепью и подвижным составом; с – зазор между транспортными средствами (с – 0,20 м между подвижными составами); с^΄ – ширина прохода для людей на уровне транспортного сосуда (h_тс), которая должна сохраняться на высоте h₁ = 1,8 м, (с^΄ = 0,7 м) (§118 ПБ). На закруглениях ширина выработки увеличивается на 0,2-0,3 м.

     Для выбранного  мною оборудования А=1,3 м.; n=2, т.к. выработка двухпутевая; учитывая отсутствие крепи у стенок выработки крепи и наличие неровностей на стенках в следствие буровзрывного способа проходки, примем  b=0,4 м. и c=0,3 м.;

3

 с^΄=m+(1,8-h)ctgα

m= 0,7 м. – ширина выработки на высоте 1,8 м. для прохода людей.

h=1,42 м. – высота подвижного состава.

α=80^o – угол наклона стенок выработки.

с^΄=0,7+(1,8-1,42)ctg80^o= 0,7+0,38× 0,176 = 0,767 ≈ 0,8 м.

В= 2×1,35+0,4+0,3+0,8 = 4,2 м.

Высота выработки в  свету:

h_c= h_кп+0,2 ,        где

h_кп – высота контактного провода, но т.к. электровоз мы выбрали аккумуляторный, то контактный провод нам не требуется, но высоту в свету мы рассчитаем учитывая наличие контактного провода(h_кп=1,8 м.)

h_c= 1,8+0,2= 2,0 м.

Высота выработки в проходке:

h_прох= h_c+h₀+h_p+∆h    ,                  где

h₀=0,32-0,35 – высота верхнего строения рельсового пути(балластного слоя). Выберем 0,33 м.

h_p=0,14 м. – высота головки рельса.

∆h- величина осадки, определяемая величиной горного давления и конструкцией крепи.

Т.к. мы не можем оценить  величину горного давления, т.к. мы не знаем глубину, на которой ведутся  горные работы, и учитывая высокую  крепость вмещающих пород(f=13),

Принимаем ∆h=0,06 м. (согласно [7] ∆h для пластовых выработок принимается в пределах 0,05-0,075 мм)

h_прох=2,0+0,33+0,14+0,06= 2,53 м.

Ширина выработки вчерне по верху составит:

В_в= В-2(h_прох-h)/tgα = 4,2 – 2(2,53-1,42)/tg80^o = 4,2 – 2(2,53-1,42)/5,671= 4,2-0,39= 3,81 м.

Ширина выработки вчерне по низу составит:

В_н= В+2(h+h_p+h_o)/tgα=4,2+ 2(1,42+0,14+0,06)/5,671= 4,77 м.

Ширина выработки в  свету по верху составит:

(В)_в= В-2(h_c-h)/tgα= 4,2-2(2-1,42)/5,671= 4,00 м.

Ширина выработки в  свету по низу(на уровне балластного  слоя) составит:

(В)_н= (В)_в +2(h_с+h_p)/ tgα =4,2+2(2,0+0,14)/5,671= 4,96 м.

Площадь сечения в свету:

S_cв= ((В)_в+(В)_н)( h_c+h_p)/2= (4,00+4,96)×2,14/2= 9,59 м²

Площадь сечения в проходке:

S_пр= (В_в+В_н) h_прох/2= (3,81+4,77)2,57/2= 11,03 м²

4

      Рассчитанную по габаритам транспортных сосудов и безопасным зазорам площадь поперечного сечения выработки проверяют по количеству воздуха, которое необходимо пропустить по данной выработке.

     Содержание  газов в нашей выработке будем  контролировать пропусканием нужного  нам для проветривания количества  воздуха. Проверка по этому  фактору и расчет необходимого  количества воздуха приведены в описании процесса проветривания.

Выбор способа  проходки выработки.

     При проведении выработок следует предпочитать комбайновый способ. Но в наших условиях из-за высокой крепости пород(f=16) применение комбайнов невозможно, следовательно, выработку будем проводить буровзрывным способом.

Разработка паспорта буровзрывных работ

Содержание паспорта БВР

      Паспорт БВР содержит следующие сведения:

1.Название и местоположение выработки, тип и крепость породы (угля, руды), площадь поперечного сечения, газовый режим забоя.

2.Схему расположения шпуров (скважин) по забою, их количество, глубину и направление (три проекции с указанием размеров).

3.Типы средств бурения, взрывчатых веществ (ВВ), средств взрывания (СВ), источников тока и контрольно-измерительных приборов.

4.Общее количество ВВ, объем бурения и объем отбитой породы, величину подвигания забоя за взрыв (уходку).

5.Удельные расходы ВВ, СВ, коэффициент использования шпура.

6.Конструкцию и величину шпуровых (скважинных) зарядов, количество серий взрывания и последовательность их инициирования, номера шпуров, входящих в каждую серию взрывания.

7.Границы опасной зоны, места выставления постов охраны и установки запрещающих аншлагов.

8.Места укрытия взрывников и рабочих на время взрыва.

9.Длительность и схему проветривания.

Выбор бурового оборудования.

      Выбор оборудования для бурения шпуров сделаем по справочнику [4]. Исходя из данных курсового проекта: таких как коэффициент крепости 13, наличие рельсовой колеи шириной 750 мм., опасность шахты по газу, выработка горизонтальная- возможно применение буровой установки БУ1Б. Назначение этой установки: бурение шпуров при проведении горизонтальных горных выработок и для бурения шпуров в кровлю и почву выработок.

      Технические характеристики установки:

• Площадь поперечного сечения выработки:   6-19,0 м²
• Тип бурильной машины : вращательно-ударного действия с бурильной головкой БГА1М.
• Количество бурильных машин на забой:1.
• Максимальный коэффициент крепости: 16.
• Максимальные размеры обуриваемого забоя: высота: 3,71 м., ширина: 5,00 м.
• Диаметр буровой коронки: 43 мм.
• Тип привода: пневматический.

5

• Механизм передвижки: колесно-рельсовый несамоходный.
• Ширина колеи: 750 мм.
• Габариты установки в транспортном положении: длина 6,5 м., высота 1,5 м., ширина 1,08 м.

Определение числа  и глубины шпуров.

      Разработку паспорта БВР сделаем по методичке [2].

Совокупность всех шпуров, входящих в паспорт, называется комплектом шпуров. Шпуры в комплекте подразделяются на врубовые, вспомогательные, отбойные и контурные. Врубовые шпуры служат для образования врубовой (начальной) полости в разрушаемом объеме породы. Вспомогательные шпуры расширяют  врубовую полость до необходимых  размеров. Отбойные шпуры отбивают и дробят породу в пределах проектного сечения проводимой выработки, контурные  шпуры создают ровный гладкий  контур выработки.

      Используем призматический вруб с центральной скважиной т.к. в наших условиях он наиболее прост в исполнении и достаточно эффективен.

      Число  шпуров в комплекте зависит  от крепости пород, трещиноватости массива, количества обнаженных поверхностей и площади поперечного сечения выработки. Ориентировочное число шпуров может быть определено по формуле:

где n – удельное число шпуров на 1 м² площади забоя; a – эмпирический коэффициент (a  = 2,7); f –  коэффициент крепости пород; S – площадь забоя, м²; N – общее число шпуров в комплекте

     n=2,7 шпуров/м² 
     N=n×S= 2,92×11,03= 34,748 ≈ 35 шпуров 
 
      Глубина шпуров задается технологией проходческого (добычного) цикла в соответствии с производительностью буровой и погрузо-доставочной техники или рассчитывается по эмпирическим формулам. Определяющими показателями являются сменная или суточная норма добычи или проходки и обеспечение целого числа циклов в смену или в сутки.

Для прямых врубов глубина  шпуров может быть определена по формуле:

l_ш=1,18 -0,004×11,03×13 = 2,46- 0,5793= 2,06 ≈2,1 м.

Такой длины будут вспомогательные, отбойные и оконтуривающие шпуры, а  врубовые увеличим и сделаем 2,3 м.

Диаметр для выбранной  буровой установки 43мм.

6

    Максимальное расстояние между соседними шпурами (b) не должно превышать величины линии наименьшего сопротивления (ЛНС). Величина ЛНС (W) может быть установлена по данным практики или определена по формуле:

W==1,04 м.

Т.к. взрывание ведется  по породе на опасной по взрыву газа шахте, то по правилам безопасности расстояние между шпурами должно быть не менее 0,3 м.

Определение массы  ВВ на взрыв и на одиночные шпуровые заряды

Выбор типа ВВ зависит от газового режима, типа и крепости породы, обводненности забоя. На газовых шахтах разрешается использовать только предохранительные ВВ. Выбираем для проведения выработки аммонит АП-5ЖВ, который предназначен для проведения выработок как по углю, так и по породе.

Общая масса ВВ на взрыв Q рассчитывается по формуле для сосредоточенного заряда:

где q – удельный расход ВВ (масса ВВ на разрушение 1 м³ породы), кг/м³;

V – объем разрушаемого массива, м³;

 l_ух. – длина уходки (или подвигания забоя) за взрыв, м;

l_ш. – длина шпуров, м;

h – коэффициент использования шпура (КИШ).

Удельный расход ВВ ориентировочно определяется по таблице рекомендованных расходов ВВ из [2]:

q=3,73   кг/м³  при S=10-15 м² и f=10-14

Зададим КИШ h=0,9

S=11,03 м²

l_ш=2,1 м.

Q=3,73× 11,03 ×0,9 ×2,1=78,53 кг.

Средняя масса шпурового  заряда:

Q'= Q/N  , кг.

Q'=78,53/35 = 2,244 кг.

7

    Среднюю величину заряда в шпуре примем 2,4 кг. Это 8 патронов по 0,3 кг. Заряд врубовых шпуров увеличим на 25% и примем 10 патронов по 0,3 кг. А заряд оконтуривающих  уменьшим на один патрон и примем по 7 патронов в шпуре. Но, исходя из размеров патрона(250 мм), указанное количество шпуров не поместится в шпурах длиной 2,1 м. так, чтобы обеспечить минимальную длину забойки(0,5 м. на опасных по газу шахтах). Исходя из вместимости шпура пересчитаем количество шпуров.

      Максимально с учетом минимальной длины забойки мы можем зарядить шпур на длину 2,1-0,5=1,6 м. А это значит, что мы можем зарядить в шпур либо 6 патронов по300 гр(длина 250 мм. ), либо 8 патронов по 250 гр.(длина180 мм.).

    В первом случае масса заряда в шпуре равна 0,3×6= 1,8 кг.

    Во втором случае масса заряда в шпуре равна 0,25×8=2,0 кг.

    Принимаем Q'=2,0 кг., l_з=1,44 м., l_заб=2,3-1,44=0,86 м.- удовлетворяет Правилам Безопасности.

   Т.к. мы рассчитали максимальное количество ВВ, которое может быть размещено в шпуре, то это количество ВВ будет размещено во врубовых шпурах. Рассчитаем количество ВВ в отбойных и оконтуривающих шпурах. Рекомендуется, чтобы во врубовых шпурах было на 20-25% больше ВВ чем в отбойных, значит:

(Q')_отб×1,25=( Q')_вруб

(Q')_отб= ( Q')_вруб/1,25=2,0/1,25=1,6 кг

Принимаем 7 патронов по 0,25 кг., в этом случае: (Q')_отб=0,25×7=1,75 кг.,     l_з=7×0,18=1,26 м., l_заб=2,1-1,26=0,84 м. Массу ВВ в отбойных шпурах принимают за среднюю.

Количество ВВ в оконтуривающих шпурах должно быть меньше еще на 15-20%,значит:

 (Q')_окон=1,75/1,2=1,46 кг.

Принимаем 6 патронов по 0,25 кг. В этом случае:

(Q')_окон=0,25×6=1,5 кг., l_з=6×0,18=1,08 м., l_заб=2,1-1,08=1,02 м.

Общее количество шпуров в  этом случае будет равно:

N=Q/(Q')_отб=78,53/1,75= 44,87 округляем до 45.

   Расчетное количество шпуров должно быть скорректировано, исходя из требования  равномерного дробления массива и качественного оконтуривания выработки. С этой целью проводится графическое построение схемы размещения шпуров в забое выработки.

8

     После построения  схемы расположения шпуров  мы  корректируем расчетное количество  шпуров до 49.

Способ взрывания  и замедление

      Способ взрывания - электрический. Тип электродетонаторов – коротко-замедленные. Взрывание производим в 4 ступени. Сначала врубовые шпуры, затем вспомогательные, далее отбойные и наконец оконтуривающие. Детонаторы принимаем ЭДКЗ-П.

Проветривание

    После взрыва зарядов в шпурах из забоя должны быть удалены образовавшиеся газообразные продукты, часть из которых является ядовитыми. В забой разрешается входить только после его проветривания. Проветривание выработок при их проведении может осуществляться при помощи вентиляторов местного проветривания или общешахтной струи воздуха.

    Проветривание  тупиковых выработок осуществляется  в основном вентиляторами местного  проветривания. Применяют нагнетающий,  всасывающий и комбинированный  способы проветривания.

9

     В нашем случае до длины квершлага 250 м. используем нагнетательный способ проветривания. При нагнетательном способе вентилятор засасывает воздух и нагнетает его по трубам в призабойное пространство проводимой выработки. Этот способ имеет наибольшее применение, т.к. достигается интенсивное проветривание забоя мощной струей свежего воздуха. При таком проветривании направление струи воздуха совпадает с направлением движения вредных газов, отбрасываемых силой взрыва.

    После 250 м. применяем  комбинированный способ проветривания.

   Вентиляционные трубопроводы монтируют из различных материалов. Я выбираю матерчатые трубы, которые изготавливают из прорезиненной ткани. Диаметр труб 500-600 мм, длина от 5 до 30 м. Соединение труб между собой осуществляется с помощью пружинных колец, заделанных в их концы. Трубы подвешиваются к натянутому по выработке тросу. Отставание вентиляционных труб от забоя на шахтах, опасных по газу и пыли, допускается не более 8 м.

   Расчет количества воздуха подаваемого на забой буду расчитывать по книге [5].

   Необходимый объем воздуха для проветривания забоя рассчитывается по расходу взрывчатых веществ, наибольшему количеству человек, минимально допустимой скорости движения воздуха по выработке, по тепловому фактору.

   Необходимый объем воздуха для проветривания проходческого забоя по расходу взрывчатых веществ определяется по формуле:

××××××

S – площадь сечения выработки, м². S=11,03 м².

Т – время проветривания выработки, как правило, принимается равным 30 мин.

10

B – количество одновременно взрываемых взрывчатых веществ , кг. В=77,5 кг

J_вв – газовость взрывчатого вещества, л/кг. При взрывании по породе J_вв=40 л/кг.

L – длина выработки, м. L=500 м.

K_о – коэффициент обводненности выработки. При притоке воды до 1 м³/ч, коэффициент обводненности K_о=0,8.

K_ут – коэффициент утечек воздуха в трубопроводе. При длине выработки L=500 м, коэффициент утечек воздуха K_ут=1,23.

    Определяем необходимый объем воздуха для проветривания забоя по расходу взрывчатых веществ:

××××××

    Необходимый объем воздуха для проветривания проходческого забоя по наибольшему числу людей, занятых в смене, определяется по формуле:

Q_зп=6×N, м³/мин.

N – наибольшее число людей в смене. N=3.

Q_зп=6×3=18 м³/мин.

    Необходимый объем воздуха, который должен быть подан в забой исходя из условия минимально допустимой скорости его движения по выработке, определяется по формуле:

Q_зп=15×S, м³/мин.

                Q_зп=15×11,03=165,6 м³/мин.

    Необходимый объем воздуха по тепловому фактору определяется по формуле:

Q_зп=20×S×U, м³/мин.

U – минимально допустимая скорость движения воздуха в призабойном пространстве в сечении тупиковой части выработки, м/с. Определяется по табл. 8.4 [5]. U=0,5 м/с.

                   Q_зп=20×11,03×0,5=110,4 м³/мин.

     Из полученных значений Q_зп выбирается наибольшее: для подачи принимаем объем воздуха, который должен быть подан в забой исходя из условия минимально допустимой скорости его движения по выработке Q_зп=165,6 м³/мин.

Т.к. один вентилятор проветривает выработку максимум до расстояния 250 м и, исходя из сечения выработки, я выбираю вентилятор ВМ5 из табл. 20.1 [4].

   Длину трубы я выбираю 5,7 м, для того чтобы через каждые 3 подвигания забоя за взрыв (l_ух.=l_ш×h=2,1×0,9≈1,9 м), рабочие навешивали одну трубу. В таком случае отставание вентиляционной трубы от забоя будет всегда одинаковым.

  Диаметр трубы выбираю равным диаметру выходного патрубка вентилятора 500 мм.

11

Уборка отбитой горной массы.

     При проведении выработок буровзрывным способом возникает необходимость погрузки отбитой горной массы в транспортные средства. Это один из наиболее трудоемких и продолжительных процессов проходческого цикла. Этот процесс механизирован различными погрузочными машинами и скреперными комплексами.

     На выбор  типа погрузочной машины оказывают  влияние характеристика подлежащей  погрузке горной массы, размеры  поперечного сечения выработки,  угол наклона выработки, газовая  ситуация на шахте и другие  факторы. По всем этим показателям для нашей выработки выбираем по справочнику [4] погрузочную машину 1ППН5П.

      Технические характеристики выбранной погрузочной машины:

• Минимальная площадь поперечного сечения выработки в свету: 7,5 м
• Минимальные габариты выработки: ширина- 2,3 м; высота-2,35 м
• Коэффициент крепости пород: менее 16
• Максимальный угол наклона выработки при работе

                                                                      По восстанию:  3

                                                                      По падению:     18

• Характеристика машины: ковшовая циклического действия с двухстадийной погрузкой
• Техническая производительность: 1,25 м³/мин
• Объем ковша: 0,32 м³
• Максимальный размер куска: 400 м

12

• Фронт погрузки: 4,0 м
• Механизм передвижки: колесно-рельсовый
• Ширина колеи:750 мм
• Скорость передвижения

                                         Вперед: 47 м/мин

                                         Назад: 34 м/мин

• Тип перегружателя: ленточный конвейер
• Ширина ленты: 650 мм
• Скорость движения ленты: 1,30 м/с
• Максимальная высота погрузки: 1,45 м
• Вид энергии: пневматическая
• Суммарная мощность установленных двигателей: 23,5 кВт
• Габариты машины:

                                  Длина       7,535 м

                                  Ширина    1,700 м

                                  Высота      2,250 м

• Габариты машины в транспортном положении:

                                   Длина        7,00 м

                                   Ширина     1,40 м

                                   Высота       1,75 м

• Масса машины: 9,0 т

    По всем показателям  данная погрузочная машина подходит  для нашей выработки.

Производительность погрузки породы в значительной степени зависит  от способа замены груженых вагонеток  порожними, который выбирается в  зависимости от способа организации  работ в забое, механизации погрузки, ширины выработки и способа транспортировки  породы. Вагонетки можно менять по одной и партиями.

      При двухпутевой выработке и при работе одной погрузочной машины в забое удобней всего применить врезную маневровую плиту.

Крепление выработки.

     Расчет анкерной  крепи сводится к определению  размеров области деформирования(разрушения) массива вокруг выработки, величины  нагрузки на крепь, несущей  способности составных элементов  крепи, длины и плотности установки  анкеров.

     Для определения  параметров анкерной крепи я  взял справочник [7]. Для полного расчета анкерной крепи необходимо задаться множеством показателей и различных коэффициентов, которые не даны в задании на курсовой проект. Выдумать самому эти показатели равносильно тому, что я выдумаю длину штанг и расстояние между ними. Поэтому я возьму эти показатели исходя из усредненных их величин, а расстояния между штангами еще и исходя из пропорциональности подвиганию забоя за цикл.  В среднем принимается длина штанг от 1,0 до 1,8 м. Размещают штанги чаще всего по квадратной сетке с размерами квадрата от 1,0×1,0 до 1,5×1,5 м. Эти данные взяты из учебного пособия [8]. Учитывая довольно большую крепость(f=13) и исходя из необходимости кратности расстояния между рядами штанг и подвиганием забоя за цикл, примем длину штанги 1,4 м., расстояние между рядами штанг 1,89, а расстояние между штангами в ряду 1,1 м. Получается, что в цикл устанавливается 1 ряд штанг. С учетом ширины выработки по верху В_в=3,81 м. получается 4 анкера в ряд с расстоянием от стенок выработки 0,25 м. В породах, не склонных к отслаиванию, под нижнюю часть штанги ставится шайба(200×200 мм.)

Расчет времени  цикла и составление планограммы  работ.

Для оптимизации работ в шахте  нужно составить график организации  работ. Время цикла будет складываться из времени затраченного на процессы: