Проведение вертикальной подземной выработки

ВВЕДЕНИЕ

Прежде, чем приниматься  к проведению горной выработки, необходимо             составить проект ее проведения. Основным оперативным документом такого            проекта является технологический паспорт проведения выработки, который состоит из схемы проведения выработки, с расположением проходческого оборудования, паспорта буровых работ, паспорта крепления выработки, схемы проветривания забоя, графика организации работ и технико-экономических показателей.

Исходными данными для разработки технического паспорта является: характер пересекаемых пород, назначенные выработки, сроки проветривания выработки, средства механизации и оборудования, используемые при проведении выработки. В проекте рассматривается проект восстающего. Восстающий - это вертикальная или наклонная выработка, не имеющая выхода на поверхность, пройденная снизу вверх по рудному телу и служит, для передвижения людей, спуска полезного ископаемого, спуска и подъема материалов и оборудования, для вентиляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ. ГОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ.

ЭЛЕМЕНТЫ КРЕПИ

1.1.  Расчет поперечного сечения выработки

 

Определяю минимальные размеры в свету ходового отделения, по короткой стороне восстающего  А, м по формуле

 

(1)

где

h – расстояние между полками по вертикали, 4 м;

a – высота выступающий  над полком части лестницы , 1 м;

в – расстояние от основания лестницы до стенки восстающего, равное 0,6 м;

80- угол наклона лестницы, град.                                                                                       

 

 

Размер рудо-перепускного отделения в свету по длинной стороне восстающего принимаю: 

 

3d=3*0,4=1,2 м

(2)


Размер материального отделения, подлинной стороне восстающего принимаю 800мм. По периметру восстающего и между отделениями  располагаю деревянную венцовую крепь с диаметром леса 200мм.

Определяю площадь перечного сечения рудо-перепускного отделении в светуSсв1  м2

 

Sсв1 = 1,2×1,48 = 1,78 м2

(3)                                                                                      


Определяю площадь поперечного сечения ходового отделения восстающего  в свету Sсв2  м2

 

                 SсвII = 1,2×1,48 = 2,71 м2

(4)


     

 Определяю площадь поперечного сечения материального отделения восстающего в свету SсвIII ,м2.

 

SсвIII = 0,8 ×1,48 = 1,18 м2

(5)


 

Определяю площадь поперечного сечения всего восстающего в свету                                                                  Sсв, м2 .

 

Sсв = SсвI +SсвII +SсвIII = 1,78 + 1,78 + 1,18 = 4,74 м2    

(6)


Определяю площадь поперечного сечения восстающего в черне Sчер, м2  

 

Sчер= 4,0 × 1,88 = 7,52 м2

(7)


Определяю площадь поперечного сечения восстающего в проходке Sпр, м2

 

Sпр=1,05 · Sчер = 1,05 × 7,52 = 7,9 м2   

(8)


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Поперечное сечение восстающего:

1 – рудо-перепускное; 2 – ходовое; 3 – материальное.

 

1.2 Расчет горного давления  на крепь выработки

            

Горное давление на крепь восстающего определяю по методу проф. М.М. Протодьяконова по формуле

 

Рr = γ · Ζ · tg2(

,                                              

(9)

где

Ζ – длина (высота) восстающего, равная 60 м;

φ - угол внутреннего трения пород, равный 72 град;

γ - объемный вес (плотность) пород, равный 2,2 т/м3

  

  

 

Рr = 2,2×60×tg2(

= 2,97  т/ м2

  

Рис.2 Схема горного давления на крепь восстающего

 

1.3 Расчет размеров крепи  восстающего

Восстающие прямоугольного поперечного сечения крепятся сплошной деревянной венцовой крепью или венцовой крепью на стойках. В проекте необходимо рассчитать оба вида крепи, а затем принять один из них.

Определяю диаметр леса для сплошной венцовой деревянной крепи d, см по формуле

 

d = 1,12

·
  ,                                           

(10)

где

d – диаметр круглого леса крепи, см;

Рг – горное давление на крепь восстающего, равное 2,97 кг/см2

А – размер восстающего по короткой стороне в свету, 1,48 см;

[σ из] - допускаемое напряжение на изгиб материала крепи, равное 80 кг/см2;

                                         

 

     d = 1,12×181× = 9,98 см

  

Определяю диаметр леса для деревянной венцовой крепи на стойках d, см по формуле

 

d = 1,08

·
   ,                                          

(11)

где

L- расстояние между венцами, равное 100 см.

  

Допускаемое напряжение для дерева на изгиб принимаю [σ из] =80 кг/см2

                                         

 

d = 1,08×

=21,54 см

  

Диаметр леса принимаю для деревянной венцовой крепи на стойках 21,54 см.

 

 

2. Буровзрывные работы  при проведении восстающего

2.1 Выбор бурового оборудования  и инструмента

Принимаю для бурения шпуров телескопный перфоратор ПТ – 38.

Техническая характеристика:

            - масса, кг-38;

            - энергия ударов, Дж – 45;

                   - частота ударов, с - 38 ;

            - расход воздуха, м2 /    мин – 3,2;

            - ход подачи, м – 0,65;

            - глубина бурения, м- до 4;

            - коэффициент крепости пород  – до 17;

            - коронки диаметром, мм – 40.

2.2 Расчет параметров  взрывных работ

Взрываемое вещество – Аммонит №6 ЖВ;

Плотность, ∆, кг/м3 = 1200;

Коэффициент работоспособности е = 1;

  Диаметр патрона – 32 мм;

Масса патрона ВВ – 200 г.

Определяю удельный расход принятого ВВ ,q·  кг/м3 по формуле

 

q = qэ · е                                                   

(12)

где

qэ – удельный расход эталонного ВВ 2,0 кг/м3

е – коэффициент относительной работоспособности ВВ равен 1

                       

 

q = 2,0×1 = 2  кг/м3

  

Коэффициент использования шпура (киш) принимаю η = 0,9

Среднюю глубину шпуров при обычном способе проходки принимаю           ℓср = 2,0

Определяю количество шпуров в забое N по формуле

 

N =

,

(13)

где

q  -  удельный расход ВВ,  2  кг/м3;                                               

Sпр – площадь поперечного сечения восстающего в проходке, 7,9 м2

∆ - плотность ВВ в патронах,1200 кг/м3;

d – диаметр патрона или шпура, 0,032 м;

К3 – коэффициент заполнения шпура, принимаемый К3 = 0,8

 

N =

= 20,41 шпуров 

 

Определяю необходимое количество ВВ на забой Qзаб, кг по формуле

 

Qзаб = q · Sпр · ℓср.

(14)

 

Qзаб = 2,0 × 7,9 × 2,0=31,6 кг

  

Определяю среднюю массу заряда на один шпур qср, кг по формуле

                                              

 

qср =

.                                              

(15)

 

.

  

Соотношение между количеством шпуров по группам принимаю

 

nвр :  nвс :  nок = 1:0,5:1,5                                           

(16)


Тогда количество шпуров по группам составит

врубовых  шпуров    ,

вспомогательных шпуров   ,                                

оконтуривающих шпуров       .                                      

Для пород с коэффициентом крепости до 10 принимаю прямой вруб – врубовые и вспомогательные шпуры бурят перпендикулярно к плоскости забоя, а оконтуривающие шпуры бурят слегка наклонно к контуру выработки так, чтобы их забои находились на проектном контуре выработки. Устья оконтуривающих шпуров должны находиться на расстоянии 200 мм от проектного контура выработки. Ориентировочное расстояние между врубовыми шпурами и между  вспомогательными шпурами принимают равным 50мм.

Определяю длину врубовых шпуров ℓвр, м для прямого вруба

                                 

 

,                                             

(17)

 

ℓвр =

,                                               

 

Глубину вспомогательных и оконтуривающих шпуров принимаю равной средней глубины шпуров, т.е

 

ℓвс = ℓок = ℓср. =2,0м                                         

(18)


Определяю суммарную длину всех шпуров (количество шпурометров)                    ℓсум , м по формуле

 

ℓсум = ℓвр · nвр + ℓвс · nвс  + ℓок · nок                      

(19)

 

 

ℓсум = 2,2 × 7+ 2,0 × 4+2,0 × 11 =45,4 м

  

Схема расположения шпуров показана на рис. 3.

                                                                                                                                                                


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Рис. 3. Расположение шпуров при прямом врубе

 

   Определяю массу заряда врубового шпура qвр, кг по формуле

                                       

 

      qвр = qср · 1,2                                          

(20)

 

qвр = 1,54 × 1,2= 1,8 кг

  

Масса заряда во вспомогательном и оконтуривающем шпурах принимаю

равной средней заряда на один шпур

           

 

qвс = qок = qср = 1,54 кг

(21)


Конструкция заряда показана на рис.4.

 

 

                                                       Рис5. Конструкция заряда.

                       1 - Основное ВВ,  2 - Патрон-боевик, 3 - Забойка (клиновая пробка)

 

Определяю фактический расход ВВ Qф , кг на один взрыв.

 

Qф = nвр · qвр + nвс · qвс + nок · qок                            

(22)

 

Qф = 7× 1,8 + 4 × 1,54 + 11 × 1,54 = 35,7  кг

  

Определяю подвигание забоя за взрыв ℓу. м (величину уходки)

 

ℓу = ℓср · η                                     

(23)

 

ℓу = 2,0 × 0,9= 1,8 м

  

   Определяем объем породы, отбиваемой  за один взрыв (в массиве) V, м3 по формуле.                            

 

V = Sпр· ℓу                                                         

(24)

 

V = 7,9 × 1,8 = 14,22 м3

  

2.3 Расчет электровзрывной  сети

 

Электровзрывная сеть включает в себя магистральный взрывной кабель, участковые провода  и электродетонаторы с соединительными проводами.

Сопротивление магистрального кабеля вычисляю по формуле

 

Rм =

Ом,                                           

(25)

       где 

Lм  - длина кабеля,  равная 220м ;

ρ - удельное сопротивление медного кабеля, равное 0,0184

Ом/мм2/м;

Sм- площадь поперечного сечения кабеля, 6 мм2.

                                        

 

Rм =

Ом,  

 

Сопротивление участковых проводов вычисляю по формуле                        

 

Rу =

Ом,

(26)

где

Lу- длина участковых проводов, равная 40 м ;

Sу- площадь поперечного сечения участкового провода,0,9мм.                                                                           

                                         

 

 

         

Принимаю последовательное соединение электродетонаторов. Взрывание

буду производить конденсаторным прибором СВМ-2, у которого напряжение

       V=600 В, а допустимое число последовательно соединенных ЭД=50

Определяю величину тока во взрывной сети при последовательном         соединении электродетонаторов:

 

I =

  ,

(27)

где                                 

U– напряжение источника тока, равная 600 В;

rд - сопротивление одного электродетонатора, 3,5 Ом;

n  - кол-во электродетонаторов в сети равная 22.

  

 

 

I =

 

Определяю величину тока, поступающего на каждый электродетонатор

 

 i = I= 7,644 А

(28)


При взрывании от прибора постоянного тока через каждый электродетонатор      (ЭД) должен проходить ток силой не менее iб=1,3 А. Если i iб, то соединение       гарантирует безотказное взрывание.

Схема электровзрывной сети показана на рис.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Схема электровзрывной сети .

Первыми взрывают врубовые шпуры и для этого в их патронах-боевиках    применяют электродетонаторы мгновенного взрывания ЭД-8. Вторыми взрывают вспомогательные шпуры и для этого в их патронах-боевиках применяют электродетонаторы короткозамедленного взрывания ЭДКЗ.

Третьими взрывают оконтуривающие шпуры и для этого в их патронах-боевиках применяют    электродетонаторы замедленного действия ЭДЗД.

Очередность взрывания зарядов приведена в таблице 1. Показатели буровзрывных работ сводят в таблицу 2.

Таблица 1

Очередность взрывания зарядов

№ шпуров

Длина шпуров

Угол наклона

Вес заряда

Очередность взрывания

1-4

2,2

90

1,8

I

5-7

2,0

90

1.54

II

8-22

2,0

90

1.54

III


 

 

                                                                                                     Таблица 2

            Показатели буровзрывных работ

Показатели

Единицы

измерения

Количество

Площадь поперечного сечения выработки:

    

- в свету

м2

4,74

- вчерне

м2

7,52

- в проходке

м2

7,9

Коэффициент крепости пород

  

10

Число шпуров на забой

шт.

22

Число шпурометров на цикл

м

45,4

Глубина шпура (вруб.)

м

2,0

Коэффициент использования шпура

  

0,9

Расход ВВ на цикл

кг

35,7

Подвигание забоя за цикл

м

1,8

Выход породы за цикл

м3

14,22


 

 

3. Проветривание восстающего  при проходке

Проветривание восстающих веду нагнетательным способом. Воздух подаю по прорезиненному трубопроводу. Диаметр труб принимаю dт=0,4м. Расчет проветривания веду по фактору взрывных работ.

Определяю количество воздуха Q3, м3/с, которое необходимо подать в забой    по формуле

 

 Q3 = [(2,25·Sсв)/60·tпр · ,                

(29)

где 

                                         

Sсв - площадь поперечного сечения восстающего в свету,4,74 м2;

tпр - время проветривания восстающего, мин. (принимают 30 мин.);

К- коэффициент обводненности выработки К=0,8;

Qф- кол-во взрываемого в забое ВВ, равная 35,7кГ;

в- газовость ВВ, принимаемая 40 л/кГ;

L- высота восстающего, 60м;

р - коэффициент утечек (потерь) равная 1,07.             

      

 

Q3 = [(2,25 × 4,74)/60 × 30 ×

м3/с

 


Определяю скорость движения воздуха по выработке  V3 м/с по формуле                                                            

 

V3 = Q3/Sсв

(30)

 

V3 = 0,54/4,74 = 0.11 м/с

  

Определяю потребную подачу вентилятора Qв, м3/с по формуле.                                                                              

 

Qв = р · Q3                    

(31)

 

Qв = 1,07 × 0,54=0,57 м3/с

  

Определяю аэродинамическое сопротивление трубопровода R, Н·с2/м4:                              

 

R = 65 · α · L/d5т ,

(32)

где

α – коэффициент аэродинамического сопротивление трубопровода,    принимаемый равный 0,00045 ;

dт – диаметр трубопровода,0,4м

  
 

R = 65 × 0.00045 × 60/0.45 =175,5 Н·с2/м4

  

Определяю статическое давление в трубопроводе Нст, Па

                       

 

Нст = 1,07 × 175,5 × 0,54= 54,75 Па

(33)


Определяю местные потери напора в трубопроводе Нм, Па

                                    

 

Нм = 0,2·Нст. 

(34)

 

Нм = 0,2·54,75= 10,95 Па

  

   Определяю динамическое давление в трубопроводе Ндин, Па                                           

 

Ндин = V2т · ﻻ/2,                                          

(35)

где

ﻻ - плотность воздуха, равная 1,2 кГ/м3.

  
 

Ндин = 4,29 × 1,2/2=11,04 Па

  

Определяю депрессию трубопровода (потребное давление вентилятора) Нв Па по формуле

 

Нв = Нст + Нм + Ндин

(36)

 

Нв = 54,75 + 10,95+ 11,04 = 76,74 Па

  

Принимаю вентилятор ВМ-4.

                                  

Рис 6. Схема проветривания восстающего

 

4. Уборка горной массы

Проходка восстающего обычным способом.

При проведении восстающего обычным способом восстающий обычно делят на два или три отделения – рудоперепускное, ходовое и вентиляционное. При выходе восстающего в окаточную выработку на рудоперепускное отделение навешивают люк. Из люка после проветривания восстающего отбитую горную массу выпускают в вагонетки, а затем транспортируют ее к стволу

Уборка горной массы показана на рис.7.

Рис 7. Уборка горной массы при проходке обычным способом.

5. Организация работ при проведении выработки

При проведении восстающего обычным способом в состав проходческого цикла входят следующие операции: бурение шпуров в забое; заряжание шпуров и сборка  взрывной сети; разборка рабочего и предохранительного полков; устройство отбойного полка; взрывание зарядов и проветривание забоя; уборка горной массы; разборка отбойного полка; крепление восстающего; устройство предохранительного и рабочего полков, прочие операции.

Основная форма организации труда – круглосуточная комплексная проходческая бригада. Проходчики бригады делятся на звенья по числу рабочих смен в сутки (3 смены). Продолжительность цикла принимают кратным продолжительности смены. Режим работы – 25 рабочих дней в месяц (6 рабочих дней в неделю с одним общевыходным днем и вторым выходным днем по скользящему графику). В сутки принимают три рабочих смены по 6 часов в смену с двухчасовыми перерывами между сменами.

 

        5.1 Определение трудоемкостей проходческих операций цикла

Трудоемкость любой операции цикла определяется путем деления объем  работ по этой операции на соответствующею норму выработки

                                         

 

Woп  =  Vоп / Нвоп ,                                     

(37)            

где

Vоп  - объем работ по данной операции;

Нвоп  - норма выработки по данной операции

  

Определяю объемы работ по операциям цикла:

  1. Бурение шпуров в забое телескопными перфораторами.

        Объем работ равен числу шпурометров  на цикл, м

                        

 

Vбур = ℓсум . 

 (38)                

 

Vбур = 45,4 м

  

  1. Заряжание шпуров и сборка взрывной сети.

   Объем работ равен числу заряжаемых  шпуров

                                                

 

Vзар = N .                                                        

(39)

 

Vзар = 22

  

3. Разборка полка и устройство полка в восстающем.

Объем работ по каждому полку составляет       

                                                

 

Vпол = 0,8 · Sпр.         

(40)

 

Vпол = 0,8 × 7,9= 6,32 м2

  

Объем работ по двум полкам составит

                                                

 

Vпол = 2 · 0,8 · Sпр.

(41)

 

Vпол = 2 × 0,8 × 7,9= 12,64 м2

  

4.Уборка горной массы.

Объем работ равен объему горной массы отбиваемой за один взрыв с учетом   коэффициента разрыхления:

 

Vуб = V · Kp .                                            

(42)

 

Vуб = 14,22 × 2,1 =29,86

  
Проведение вертикальной подземной выработки