Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Система разработки шахтного поля

Содержание

Исходные данные

Мощность пластов, м.

1,8

4,5

2,9

Мощность междупластий, м.

Угол падения пластов, град. 15

Мощность наносов, м. 10

Объемная плотность угля, т/м³ 1,31

Коэффициент крепости угля f 1,3

Размер шахтного поля по простиранию, м. 5150

Размер шахтного поля по падению, м. 3350

Метанообильность 10

Введение

Горное дело относится к одному из основных видов человеческой деятельности, обеспечивающей существование и уровень развития цивилизации. Горное дело охватывает разведку месторождений полезных ископаемых, их разработку, первичную переработку добываемого сырья, строительство горных предприятий и подземных сооружений различного назначения.

Горнодобывающая промышленность - это составная часть горного дела, цель которой состоит в добыче и первичном обогащении полезного ископаемого. Эта промышленность поставляет минеральное топливо (уголь, торф, горючие сланцы, нефть), руды (чёрных, цветных, редких и ценных металлов). Горнодобывающая промышленность имеет важную роль в экономике государства, определяет его самостоятельность.

Проектирование, строительство новых и реконструкция существующих предприятий по добыче твердых полезных ископаемых требует знаний технологических процессов, понимания и учета горно-геологических условий, специфики ведения горных работ, требования техники безопасности и охраны труда.

Курсовая работа показывает, что только на основе глубокой проработки основных технических решений проектов угольных шахт (схем и способов вскрытия, подготовки шахтного поля, системы разработки угольных пластов и т.п.) можно скомпоновать действительно оптимальную технологическую схему на основе оптимизации качественных характеристик - элементов технологической схемы шахты. Предложенные и описываемые в данной курсовом проекте расчетные методы оценки основных качественных характеристик по многим критериям делают более объективным процесс принятия основных проектных решений.

1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШАХТЫ

1.1 Расчет промышленных запасов шахтного поля

Шахтное поле – это месторождение или его часть, отводимая для разработки одной шахтой.

В пределах шахтного поля заключены определенные запасы полезного ископаемого. Различают геологические, балансовые и забалансовые запасы .

Геологические запасы – это общие запасы месторождения или его части, залегающие в недрах земли.

Геологические запасы определяются по формуле:

, т (1)

где: – балансовые запасы (т);

– забалансовые запасы (т).

Балансовые запасы – это запасы, использование которых при существующем уровне развития техники и технологии экономически целесообразно и которые должны удовлетворять требованиям – кондициям, устанавливаемым для подсчета запасов в недрах для каждого месторождения.

Забалансовые запасы – это запасы, использование которых при существующем уровне развития техники и технологии экономически нецелесообразно вследствие, например, малого количества, малой мощности залежи, низкого содержания ценных компонентов, высокой зольности, особой сложности условий эксплуатации.

Балансовые запасы шахтного поля определяются по формуле Килячкова А.П.:

, т (2)

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

H – размер шахтного поля по падению, м;

– мощность i - того пласта, м;

– объемная плотность угля, т/м³

n – количество пластов в шахтном поле, шт.

Балансовые запасы пласта :

, т

Балансовые запасы пласта :

, т

Балансовые запасы всех пластов в шахтном поле:

, т

Не все балансовые запасы шахтного поля будут выданы на поверхность, в недрах останутся потери.

Потери – это часть балансовых запасов полезного ископаемого, не извлеченная из недр при разработке месторождения.

Потери определяются по формуле:

, т (3)

где: – общешахтные потери, т;

– потери около геологических нарушений пластов и потери связанные с гидрогеологическими условиями, т;

– эксплуатационные потери, т.

Общешахтные потери – это потери в охранных и барьерных целиках.

Общешахтные потери определяются по формуле:

, т (4)

где: – потери в барьерных целиках, т;

– потери в предохранительных (охранных) целиках, т.

Барьерные целики изолируют шахтные поля, предохраняют действующие горные выработки от прорыва в них поверхностных или подземных вод, а также газов или заиловочной пульпы из выработанного пространства или ликвидированных горных выработок. Ширина барьерных целиков условно принимается за 50 метров.

Потери в барьерных целиках определяются по формуле:

, т (5)

где: – ширина барьерного целика, =50 м;

– суммарная мощность пластов в шахтном поле, м.

Суммарная мощность пластов в шахтном поле определяется по формуле:

, м (6)

, м

Потери в барьерных целиках пласта :

, т

Потери в барьерных целиках пласта :

, т

Потери в барьерных целиках пласта :

, т

Потери в барьерных целиках всех пластов в шахтном поле:

, т

Предохранительные целики (охранные) предотвращают вредное влияние горных работ на охраняемые искусственные и природные объекты на поверхности или на горные выработки.

Потери в предохранительных (охранных) целиках определяются по формуле:

, т (7)

Потери в предохранительных (охранных) целиках пласта :

, т

Потери в предохранительных (охранных) целиках пласта :

, т

Потери в предохранительных (охранных) целиках пласта :

, т

Потери в предохранительных (охранных) целиках всех пластов в шахтном поле:

, т

Общешахтные потери пласта :

, т

Общешахтные потери пласта :

, т

Общешахтные потери пласта :

, т

Общешахтные потери всех пластов в шахтном поле:

, т

Потери около геологических нарушений – это потери, связанные с геологическими нарушениями пластов и окружающих пород и гидрогеологическими условиями, не позволяющими вести нормальную отработку участков.

Потери около геологических нарушений определяются по формуле:

, т (8)

Потери около геологических нарушений пласта :

, т

Потери около геологических нарушений пласта :

, т

Потери около геологических нарушений пласта :

, т

Потери около геологических нарушений всех пластов в шахтном поле:

, т

Эксплуатационные потери – это потери, которые включают: потери по площади (не вынимаемые части целиков у подготовительных выработок, в очистном пространстве и на границах выемочных участков) и по мощности пласта (пачки угля, оставленные в кровле, почве и между слоями пласта в очистных и подготовительных выработках); потери от неправильного ведения горных работ (целики, оставляемые вследствие завалов и затопления выработок; противопожарные целики, изолирующие отдельные части шахтного поля друг от друга; опорные целики, временно удерживающие породы кровли пласта от обрушения в выработанное пространство); потери отбитого угля в результате неполной выдачи его из очистного забоя, при взрывных работах, при транспортировки по выработкам.

Эксплуатационные потери определяются по формуле:

, т (9)

где: – коэффициент эксплуатационных потерь, = 0,1.

Эксплуатационные потери пласта :

, т

Эксплуатационные потери пласта :

, т

Эксплуатационные потери пласта :

, т

Эксплуатационные потери всех пластов в шахтном поле:

, т

Потери пласта:

, т

Потери пласта:

, т

Потери пласта:

, т

Потери всех пластов в шахтном поле:

, т

Определив балансовые запасы и потери в шахтном поле, можно определить промышленные запасы шахтного поля.

Промышленные запасы – это часть балансовых запасов, которая может быть выдана на поверхность при разработке месторождения.

Промышленные запасы определяются по формуле:

, т (10)

Промышленные запасы пласта :

, т

Промышленные запасы пласта :

, т

Промышленные запасы пласта :

, т

Промышленные запасы всех пластов в шахтном поле:

, т

Количество полезного ископаемого, добываемого из месторождения, оценивается коэффициентом извлечения , который показывает, какую часть балансовых запасов выдают на поверхность.

Коэффициент извлечения определяется по формул

, т (1)

Промышленные и балансовые запасы Таблица 1

Индекс пласта

S, м

H, м

m, м

, т/м³

, т

5150

3350

1,8

4,5

2,9

1,31

40681395

101703487,5

65542247,5

6583053

16457632

10606031

34098342

85245855,5

54936216,5

Итого:

15450

10050

9,2

3,93

207927130

33646716

174280414

Потери полезного ископаемого Таблица 2

Индекс пласта

Потери по видам

Суммарные потери, т

, т

1980720

4951800

3191160

406814

1017035

655423

406814

1017035

655423

3788705

9471762

6104025

6583053

16457632

10606031

Итого:

10123680

2079272

19364492

33646716

1.2 Расчет годовой мощности шахты

Проектная мощность шахты – это потенциально возможный объем добычи угля, предусмотренный утвержденным проектом и соответствующий заложенным решениям по технике, технологии и организации работ, измеряется в т/год или т/сут.

Существует параметрический типовой ряд годовых мощностей шахт:

1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,2; 4,5; 4,8; 5,1; 5,4; 5,7; 6,0; 6,3; 6,6; 6,9; 7,2; 7,5.

При проектировании, когда известны горно-геологические и горнотехнические условия шахты-новостройки проектную мощность рекомендуется, определяется по формуле профессора Малкина А.С.:

, т (12)

где:– коэффициент надежности технологической схемы шахты. Так как шахтное поле вскрывается наклонными стволами, то в курсовой работе принимается равным 0,8;

– коэффициент учитывающий влияние количества угольных пластов в шахтном поле, к количеству пластов принятых к одновременной отработке

, (13)

где:– количество угольных пластов в шахтном поле;

– количество угольных пластов принятых к отработке.

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

, (14)

где: – коэффициент, показывающий степень нагрузки на очистной забой, на годовую мощность шахты. Для Кузбасса =0,0016 т/год;

– месячная нагрузка на очистной забой, т/мес;

– средняя мощность угольных пластов в шахтном поле, м;

– мощность пласта принятого к отработке, м.

Средняя мощность угольных пластов в шахтном поле определяется по формуле:

, м (15)

, м

Месячная нагрузка на очистной забой определяется по формуле:

, т/мес (16)

где: – длина лавы, = 200 м;

– мощность пласта принятого к отработке, м;

– количество циклов в сутки, =10;

– глубина вруба или ширина захвата исполнительного органа, =0,63;

– объемная плотность угля (т/м³), =1,31 т/м³;

– коэффициент извлечения угля по выемочному участку (0,95 – 0,97);

– число рабочих дней в месяце, =30.

, т/мес

Тогда,

– коэффициент, учитывающий влияние глубины разработки и угла падения угольных пластов.

, (17)

где: – верхняя граница шахтного поля, = ;

Н_н –нижняя граница шахтного поля.

Нижняя граница шахтного поля определяется по формуле:

(18)

, м

Тогда,

Тогда проектная мощность шахты:

, тыс.т/год

Согласно типового ряда, годовая мощность шахты принимается 3,0 млн. т.

1.3 Расчет срока службы шахты

Полный срок службы шахты определяется по формуле:

, лет (19)

где: – период освоения проектной мощности шахты, =2,5 года;

– расчетный срок службы шахты;

– период затухания горных работ, =2,5 года.

Расчетный срок службы шахты определяется по формуле:

, лет (20)

лет

Тогда, года

2 ВЫБОР СХЕМЫ И СПОСОБА ВСКРЫТИЯ ШАХТНОГО ПОЛЯ

2.1 Выбор способа вскрытия шахтного поля

Вскрытие - это проведение вскрывающих горных выработок с земной поверхности для обеспечения доступа к полезному ископаемому.

Способ вскрытия - это качественная характеристика шахты, отражающая вид горной выработки, проведенной с поверхности. Существуют 4 способа вскрытия:

Вертикальными стволами.
Наклонными стволами.
Штольнями.
Комбинированный.

В данной курсовой работе вскрытие шахтного поля будет осуществляться 3 наклонными стволами (главный, вспомогательный, вентиляционный), которые будут проходить по породам лежачего бока.

Сущность: Наклонные стволы проводят с поверхности по породам лежачего бока. Скорость проведения наклонного ствола в среднем в 2-4 раза выше скорости проведения вертикального ствола той же площади поперечного сечения, что позволяет сократить общий срок строительства шахты на 20- 30%; стоимость проведения 1м наклонного ствола примерно в 1,2-1,5 раза меньше, чем вертикального; возможна полная конвейеризация угля от очистного забоя до поверхности. Наклонный ствол состоит изустья и собственно ствола.

Данный способ вскрытия имеет как достоинства, так и недостатки. Достоинства:

малые сроки строительства шахты и низкие капитальные затраты;
высокая производительность мощного ленточного конвейера;
возможность организации сплошной конвейеризации; Недостатки:
ограниченность условий применения;
сложность поддержания наклонных стволов;

Рисунок - Вскрытие наклонными стволами с капитальным квершлагом: 1 — главный ствол; 2 — вспомогательный ствол (пройден параллельно главному); 3 — шурф; 4— капитальный квершлаг; 5—главные штреки транспортного горизонта.

2.2 Выбор схемы вскрытия шахтного поля

Схема вскрытия - это пространственное расположение сети вскрывающих выработок относительно границы шахтного поля.

Классификация:

I. По количеству транспортных горизонтов:

1). Одногоризонтная.

2). Многогоризонтная.

3). Безгоризонтная.

II. По типу дополнительной вскрывающей выработки:

1). С квершлагом.

2). С гезенком.

3). Со слепым стволом.

4). Без дополнительных вскрывающих выработок.

III. По расположению главных вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля.

1). Центрально - сдвоенная.

2). Центрально - отнесённая.

3). Фланговая.

4). Секционная.

5). Комбинированная.

В курсовой работе принимается одногоризонтная схема вскрытия(так как размер по падению равен 3350 метров) с капитальным квершлагом, срок службы которого, равен сроку службы шахты. Горизонт делит шахтное поле на бремсберговую( 1800м.) и уклонную( 1550м.) части. Достоинства:

большой срок службы горизонта, который равен сроку службы шахты;
простота сооружений и эксплуатации;
отсутствие необходимости строительства нового горизонта. Недостатки:
сложные схемы проветривания.

2.3 Правила безопасности при вскрытии шахтного поля

1. Вскрытие и подготовка шахтных полей с опасными и угрожаемыми по внезапным выбросам пластами должны обеспечивать максимальное использование опережающей отработки защитных пластов, заложение подготовительных выработок в неопасных пластах и защищенных зонах и в невыбросоопасных породах, наименьшее число пересечений выбросоопасных пластов, применение столбовых систем разработки, рассредоточение вентиляционных потоков в шахтном поле, возможность секционного проветривания и подсвежения исходящих струй выемочных участков, обособленное проветривание подготовительных забоев, отработку пластов без оставления целиков. Порядок отработки пластов согласовывается Госгортехнадзором России.

2. На вскрытие, проведение подготовительных выработок на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам пластах разрабатывается и пересматривается не реже одного раза в год комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа, который должен пройти экспертизу промышленной безопасности. Комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа утверждается руководителем организации.

На основании комплекса мер разрабатываются паспорта вскрытия пласта, а также мероприятия по борьбе с выбросами для включения в паспорт выемочного участка и паспорт проведения и крепления выработок.

Паспорта на вскрытие выбросоопасных пластов, а также на отработку особо выбросоопасных пластов или участков, изменения и дополнения к ним согласовываются и утверждаются техническим руководителем организации. Паспорта на отработку выбросоопасных пластов и вскрытие угрожаемых пластов проходят экспертизу и утверждаются техническим руководителем организации.

3. Технология вскрытия и подготовительных работ, способы предотвращения внезапных выбросов и горных ударов, оборудование, необходимое для этих целей, выбираются с учетом требований по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа и склонных к горным ударам, установленных Госгортехнадзором России.

Вскрытие пластов, ведение очистных и подготовительных работ на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам и горным ударам пластах допускается в случае, когда забой находится или приведен в невыбросоопасное и неудароопасное состояние. Выполнение прогноза выбросоопасности перед вскрытием пласта, включая измерение необходимых параметров, должно осуществляться под методическим контролем представителя экспертной организации.

3. Выбор способа и схемы подготовки шахтного поля

3.1 Выбор схемы подготовки шахтного поля

Схема подготовки- характерное расположение объединенных с учетом функционального назначения в единый комплекс подготавливающих выработок, обеспечивающих деление шахтного поля на готовые к выемке части.

Существует 4 вида схем подготовки:

Панельная схема подготовки шахтного поля.

Панельная схема подготовки шахтного поля - это совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на панели. Область применения а<25°. Размер по падению 1200-1500м, по простиранию 3500-4000м.

Этажная схема подготовки шахтного поля.

Этажная схема подготовки шахтного поля - это совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на этажи. Область применения а>25°.Но если размер по простиранию до 4000м. и отрабатываются газоносные пласты, что требует проведения минимального количества горных выработок, то этажная схема может применяться и при а<25°. Высота этажа а<55° 800-400м. а>55° 120-150м.

Погоризонтная схема подготовки шахтного поля. Погоризонтная схема подготовки - это пространственное расположение горных выработок, делящее шахтное поля транспортными горизонтами на выемочные ступени, отрабатываемые затем по падению и восстанию. Область применения - пласт с а<10°. Размер выемочной ступени по простиранию равен размеру шахтного поля, размер по падению 400 - 2600м.
Комбинированная схема подготовки шахтного поля. Комбинированные схемы подготовки шахтного поля - это схемы, при которых одновременно или последовательно шахтное поле делится на этажи и панели, панели и горизонты, этажи, панели и горизонты.

Примем схему подготовки - панельная, так как удовлетворяет требованиям по размерам и углу падения( размер по простиранию равен 5150 м. и угол падения 15 град.)

Сущность: Шахтное поле делится на 4 панели со следующими размерами:

S,м H,м

1панель 2850 1300

2панель 2850 1300

3панель 2850 1200

4панель 2850 1200

Каждая панель обслуживается самостоятельными транспортными и вспомогательными наклонными выработками. Эти выработки называют панельными. Один транспортный горизонт обслуживает 4 панели. Если уголь в пределах панели транспортируют сверху вниз, то такая панель называется бремсберговой, если снизу вверх— уклонной. Бремсберги и уклоны соответственно называют панельными. Каждая панель представляет собой выемочное поле. По аналогии с выемочным полем панель может быть двукрылой (двусторонней) и однокрылой (односторонней). В данной курсовой работе используется двусторонняя панель. Панели делят по падению на более мелкие части— ярусы. Ярус— одновременно разрабатываемая часть панели. Он ограничен по простиранию границами панели, а по падению ярусными конвейерным и вентиляционным штреками. В курсовой работе панель двукрылая, которая делится на 4 яруса.

Деление на панели применяют при больших размерах шахтного поля по простиранию и большой производственной мощности шахты.

Схема подготовки бремсберговой панели

(проекция на плоскость пласта):

1). Откаточный штрек;

2). Параллельный штрек;

3). Нижняя приемно-отправительная площадка;

4). Посадочная площадка;

5). Бремсберг;

6). Канатно-кресельная дорога;

7). Путевой уклон;

8). Вентиляционный штрек;

9). Конвеерный штрек;

10). Монтажная камера;

11). ВГП.

12) Заезд на в/ш.

3.2 Выбор способа подготовки шахтного поля

Подготовкой шахтного поля называют определённый порядок проведения выработок, осуществляемый после вскрытия шахтного поля и обеспечивающий возможность подготовки выемочных полей.

На основании исходных данных и норм технологического проектирования выбрана панельная схема подготовки шахтного поля, так как размеры шахтного поля по простиранию велики (S = 7000 м); размер по падению Н = 2000 м (одногоризонтная безуглубочная схема).

По простиранию шахтное поле делится на 2 панели с размерами Sn ´Hn=3500м´1000м каждая. Каждая панель делится в

нисходящем порядке подготовительными штреками на ярусы с размерами Sя ´Ня=3500м´200м, где Ня – длина лавы, лестницы,

забоя при панельной подготовке; Sя=Sn.

Все подготовительные выработки проводятся по пласту, то есть применяется пластовый способ. Из свиты пластов в задании берётся один пласт. Остальные пласты свиты принимают участие при расчёте запасов.