Сооружение горизонтальной подземной выработки

СОДЕРЖАНИЕ

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ………………………………………
2. ВЫБОР ТИПА КРЕПИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЕ ПРОЧНОСТНЫХ

  РАЗМЕРОВ………………………………………………………………….

3. СПОСОБЫ И СХЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

  ВЫРАБОТКИ………………………………………………………………..

4. БУРОВЗРЫВНОЙ КОМПЛЕКС РАБОТ………………………………….
5. ПОГРУЗКА И ТРАНСПОРТ ГОРНОЙ МАССЫ…………………………
6. ВОЗВЕДЕНИЕ КРЕПИ……………………………………………………..
7. ПРОВЕТРИВАНИЕ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК………………………
8. ВОДООТЛИВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЫРАБОТОК………………………
9. ОСВЕЩЕНИЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК………….
10. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ

  РАБОТ………………………………………………………………………...

11. ОРГАНИЗАЦИЯ ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ…………………….
12. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ………...
13. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………..

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

     . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ВЫБОР ТИПА КРЕПИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЕЕ

ПРОЧНОСТНЫХ РАЗМЕРОВ 

     Штрек – горизонтальная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, проводимая по простиранию горных пород при наклонном залегании, а при горизонтальном – в любом направлении. Штреки, проведенные по пустым породам, называются полевыми. Полевой штрек служит для доставки угля к стволу, горной массы, оборудования и материалов, для проветривания, для доставки людей на рабочее место и с рабочего места к стволу.     

   Листвениты представляют собой массивные светло-желтые или зеленые породы, состоящие из крупных зерен кварца и карбоната с тонкими чешуйками мусковита.

   Горная  крепь должна удовлетворять следующим  основным техническим и экономическим  требованиям: Выдерживать без разрушения нагрузки горных пород и обеспечивать безопасное рабочее состояние выработок в течение всего срока их службы. Не препятствовать выполнению производственных процессов, а также иметь  невысокое  аэродинамическое сопротивление; быть  технологичной,  нетрудоёмкой  в  изготовлении, транспортабельной,  нетрудоёмкой  при  возведении  в выработке, надежной в работе. Максимально  приспособленной для механизации её возведения и обслуживания в   период  эксплуатации.  Опасностью  при  очередном взрывании зарядов ВВ  в  забое. Легко демонтироваться при ремонте и извлечении из погашенной выработки, быть огнестойкой, устойчивой от коррозии и гниении. Материал  крепи должен обладать относительным постоянством механических свойств. Деформирование крепи в случаи достижения её предельной несущей способности должно происходить без внезапного разрушения с тем, чтобы достаточно  было времени для принятия необходимых мер  по  предупреждению завала выработки.

   Так как проходка штрека будет осуществляться в устойчивых породах с f=14-16 и время эксплуатации его 7 лет, то предварительно принимаем в качестве крепления комбинированную (набрызгбетон в сочетании с анкерной) крепь, для восприятия большого давления со стороны кровли.

   Комбинированная крепь возводится в два этапа: на первом этапе выработка крепится железобетонной анкерной крепью; на втором – возводится набрызгбетонная крепь.

   Применение  выбранного типа крепи позволит механизировать работы по креплению, ускорить темпы  проходки и сравнительно удешевить  стоимость проведения выработки.  

  Учитывая  физико-механические свойства пород, горно-геологические  условия, выбранный вид крепи, глубину  расположения выработки, выбираем сводчатую форму поперечного сечения штрека. Сводчатая форма более благоприятна с точки зрения её  устойчивости,  рационального использования крепи, её  несущей способности и перераспределения воспринимающих его нагрузок.

  Размеры поперечного сечения выработки  в свету определяются графическим  путем. Для определения размеров поперечного сечения выработки необходимо, в первую очередь, иметь данные по  подвижному составу (таблица 1.1. «Методических указаний…»): так как вагонетки ВГ-5,6 в таблице 2.1 нет, принимаем габариты ближайшей ВГ-4,5А:

                                                                         (Табл. 2.1)

  Согласно ПБ 03-428-02 «Правила безопасности при строительстве подземных сооружений» определяем зазоры:

- от стенки выработки до выступающей кромки подвижного состава, при сплошных видах крепи, – не менее 200 мм;

- между электровозами (вагонетками) в двухпутных выработках между наиболее выступающими кромками габарита – не менее 200 мм;

- со  стороны прохода людей, от стенки  выработки до выступающей кромки подвижного состава – не менее 700 мм;

- на  трубопроводы и электрокабели  – 100 мм.

Таким образом, ширина выработки в свету составляет:

В = 200+1650*2+200+700+100*2=4600 мм (4,6 м)               (2.1)

     Высота  выработки складывается из высоты верхнего строения пути, высоты подвески контактного провода и зазора между контактным проводом и крепью.

     Высота  строения рельсового пути при применении рельс типа Р33 (складывается из высоты рельсов, толщины шпал и балластного слоя) – 350мм

Высота  подвески контактного провода – 2000мм

Зазора  между контактным проводом и крепью – не менее 200мм

Высота  прохода для людей – не менее 1800мм

Таким образом, высота выработки составляет: 

Н = 350+2000+200=2550мм (2,55м) 

Площадь поперечного сечения выработки  можно определить по табл. 1.3. 

S_св = В*Н_ст + 0,26*В²                (2.2) 

S_св= 4,6*2,05+0,26*(4,6)²=14,93 м² 

     Поперечное  сечение горных выработок должно соответствовать типовым их сечениям. По полученному значению В – минимальной  ширине выработки в свету на уровне верхней кромки подвижного состава, типа выработки, вида и габаритов транспорта принимаем типовое сечение по справочникам с шириной, ближайшей к расчётному значению (Типовой проект 403-3-47 Альбом IX). Принимаем типовое сечение 16,29м². Ширина выработки 4,96м. Высота выработки 3,73м. S_св=16,56м²

     Конструктивные  размеры поперечного сечения  выработки коробового свода при  комбинированной крепи (см. чертеж лист 1).

     Полученную  площадь сечения проверяем на скорость движения вентиляционной струи: 

V_max ≥ Q/ S_св ≥ V_min           (2.3) 

Где V_max – максимально допустимая скорость движения воздушной струи – 8м/с

       Q – количество воздуха по данной выработке, м³/с (из задания на проектирование Q=80 м³/с)

       S_св – площадь поперечного сечения выработки в свету, м²

       V_min – минимальная скорость движения воздуха – 0,25м/с 

8 ≥  80/ 16,29 ≥ 0,25 

Условие выполнено.

     Технические показатели двухпутевой выработки с комбинированной крепью.

                                                                                                         Табл. 2.2

     В выработке различают площадь  сечения в свету (площадь по внутреннему контуру крепи и почве выработки), вчерне (площадь по наружному контуру крепи, включая затяжку, и почве выработки), в проходке (площадь по контуру пород, которую принимают на 3-5% больше площади вчерне), э также размеры выработки до осадки и после осадки крепи. Согласно Правилам безопасности минимальные площади поперечных сечений горных выработок в свету должны составлять; для главных выработок (квершлагов, штреков, капитальных и панельных бремсбергов, уклонов) не менее 4,5 м2 при рамной деревянной металлической, железобетонной и смешанной крепи. Соответственно условие выполняется.  

2.2. Проверка устойчивости  незакрепленной выработки.

     Устойчивость незакрепленной горной выработки проверяем исходя из системы бальных оценок, разработанных Бенявским – Денкхаузеном. По этой системе время стояния горной выработки в незакрепленном состоянии и предельный пролет определяются в зависимости от класса горной породы, приведенного в табл. 1.4 «Методических указаний…». Класс горной породы назначается по сумме балов, учитывающей шесть факторов: прочность пород на одноосное сжатие, выход керна, расстояние между трещинами, характеристика трещиноватости, обводненность горных пород, простирание и падение трещин.

Для данных пород с коэффициентом крепости 14-16:

- прочность пород

                                                                                                                   Табл. 2.3

- выход  керна

                                                                        Табл. 2.4

- расстояние между трещинами

                                                                        Табл. 2.5

- характеристика  трещиноватости  

     Табл. 2.6

- обводненность  горных пород 

     Табл. 2.7

- простирание  и падение трещин

     Табл. 2.8

Сумма балов: 12+20+25+20+4-0=81 

     По  таблице 1.4 «Методических указаний…» породы относятся к третьему (III) классу. Время возможного стояния в незакрепленном состоянии 1 неделя, предельный пролет 3,0 м. 

2.3. Определение нагрузок  на крепь. 

     Под нагрузкой  на крепь принимается давление, испытываемое крепью со стороны горных пород. Нагрузки на крепь определяются на базе гипотез горного давления, сформированных с учетом многочисленных экспериментальных данных или аналитических методов расчета проявления горного давления.

     Для определения нагрузок на крепь воспользуемся гипотезой свода естественного равновесия для определения нагрузок на крепь в скальном трещиноватом и напряженном массиве горных пород при глубине расположения выработок от 300 до 1500м (Институт горного дела УрО РАН).

     При проходке выработки в кровле по плоскостям ослабления (трещинам) образуется зона обрушения в виде свода. Размер зоны обрушения зависит от напряженного состояния и структуры массива горных пород и определяется эмпирической зависимостью: 

h_зрп=0,1+0,22a+0,006j+0,15σ_г / σ_в;                (2.3) 

где h_зрп – размер зоны разрушенных пород в кровле выработки, м;

      а – половина ширины выработки, а = 4,96/2=2,48 м.

      j – интенсивность трещиноватости, 1/м, принимаем 1 на 1 м.

      σ_г / σ_{в –} отношение главных нормальных напряжений горизонтальных и вертикальных, действующих в массиве горных пород. 

σ_г =(1,5-2)γН = (1,5-2)*29*700=30 450 МПа                (2.4) 

σ_в = γН = 29*700 = 20 300 Мпа            (2.5) 

где γ  – объемный вес породы кровли, принимаем  для лиственита, γ=29кН/м³,

       Н – глубина заложения выработки,  м.

Величина  зоны разрушения 

h_зрп=0,1+0,22*2,48+0,006*1+0,15*30400/20300=0,8766м.     

Нагрузка  на крепь на 1п.м. выработки: 

q_в=2ah_зрп*γ = 2*2,48*0,8766*29 = 126 кН/м.               (2.6) 

     Согласно табл. 1.11 «Методических указаний…», породы относятся к III категории устойчивости, для крепления которых требуется комбинированная крепь (набрызгбетон + анкерная крепь). 

2.4. Расчет горной  крепи. 

     Горная  крепь должна удовлетворять следующим  основным техническим и экономическим требованиям: выдерживать без разрушения нагрузки горных пород и обеспечивать безопасное рабочее состояние выработок в течение всего срока их службы. Не препятствовать выполнению производственных процессов, а также иметь  невысокое аэродинамическое сопротивление; быть  технологичной,  нетрудоёмкой  в изготовлении, транспортабельной,  нетрудоёмкой  при возведении  в выработке, надежной в работе. Максимально приспособленной для механизации её возведения и обслуживания в   период  эксплуатации.  Опасностью  при  очередном взрывании зарядов ВВ  в  забое. Легко демонтироваться при ремонте и извлечении из погашенной выработки, быть огнестойкой, устойчивой от коррозии и гниении. Материал  крепи должен обладать относительным постоянством механических свойств. Деформирование крепи в случаи достижения её предельной несущей способности должно происходить без внезапного разрушения с тем, чтобы достаточно  было времени для принятия необходимых мер  по  предупреждению завала выработки

     Так как согласно п.2.3. крепь комбинированная, то расчет горной крепи сведется к расчету ее толщины.

     Толщину покрытия приближенно определяют на основании теории изгиба прямоугольных пластин, нагруженных равномерно распределенной нагрузкой. При этом расчетная формула имеет вид: 

Δ₀ = К_а√q/m*R_р                (2.7) 

Где Δ₀ – среднее значение толщины покрытия из набрызгбетона по периметру выработки, м

     К – безразмерный коэффициент, для  комбинированной крепи К=0,25

     а – шаг крепи, принимается не менее 1м,

     а=В/3;

     а=4,96/3 = 1,65м

     q – равномерно распределенная нагрузка, определяемая по формуле 2.6

     m – коэффициент условия покрытия, для неармированной набрызгбетонной крепи принимаем 0,75

     R_р – расчетное сопротивление набрызгбетона растяжению, для неармированной набрызгбетонной крепи принимаем 120 тс/м².

Δ₀ = 0,25*0,165√126/0,75*120 = 0,05 м.

   Или по диаграмме на рис.1.15 «Методических указаний…» и для наших условий толщина слоя набрызгбетона равна 5см. 
 

3. СПОСОБЫ И СХЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ

3.1. Общие положения 

     Способ  проведения горных выработок зависит  от устойчивости пересекаемых пород  и их обводненности.

Способы, которые применяют при проведении выработок в довольно устойчивых породах, допускающих на относительно длительный срок (несколько часов) обнажение забоя, кровли и боков выработки без специальных видов крепи и специальных средств по борьбе с поступающей водой, называют обычными. 
 

3.2. Технологическая  схема проведения  штрека. 

     Способы проведения выработки определяются следующими основными факторами: углом наклона выработки, площадью её поперечного сечения и формой направления проведения (вверх вниз), крепостью пород и характером забоя (угольный, смешанный, породный) степенью пресечки пород.  Перечисленные факторы обуславливают конструктивные особенности используемых проходческих машин, и таким образом, влияют на  условия и объём их применения. Различают две  основные группы способов проведения выработок. Способы, применяемые для проведения выработок  в устойчивых породах, которые позволяют свободно  обнажать забой и бока выработки, называют обычным. Способы, применяемые для проведения выработок в слабых, неустойчивых породах (плывучих или сильно обводнённых, сыпучих) называют специальным. Проектируемый забой по условию относится к обычному. Поэтому для проходки проектируемого штрека принимаем буровзрывной способ с дополнительным оборудованием для транспортировки горной массы и доставки материалов.  

     3.3. Особенности сооружения  выработок в удароопасных  условиях. 

     При проведении горных выработок в удароопасных условиях необходимо выполнять ряд мероприятий по снижению удароопасности.

     В настоящее время основные принципы предотвращения горных ударов при проведении горных выработок сводятся к следующему:

- уменьшение  способности горных пород к  накоплению упругой энергии;

- управление удароопасностью при ведении горных работ;

- защита  людей и горных выработок путем  возведения временной крепи.

     Для проведения проектируемой горной выработки  применяем следующие мероприятия:

- сечение  сводовой формы;

- применение  комбинированной крепи.

- при  необходимости, создание защитной  зоны путем камуфлетного взрывания.

     Исходя  из вышеизложенного, проходку штрека осуществляем:

- сводовой  формы;

- буровзрывным  способом;

- при  необходимости, с камуфлетным  взрыванием. 

4. БУРОВЗРЫВНОЙ КОМПЛЕКС РАБОТ

4.1. Общие положения 

  При проведении горных выработок буровзрывные работы должны обеспечивать заданные размеры и форму поперечного  сечения выработки, точное оконтуривание ее профиля, качественное дробление породы и сосредоточенный отброс ее от забоя, уменьшение коэффициента излишнего сечения, высокий коэффициент использования шпуров. 

4.2. Определение параметров  взрывных работ 

4.2.1. Выбор взрывчатых  материалов и средств взрывания. 

  Для заданных условий, по табл. 3.1, 3.2 «Методических указаний…» и рекомендациям методического пособия, принимаем в качестве ВВ скальный аммонит №1. При выборе учитывается крепость пород, их газоносность и обводненность. 
 
 
 
 

                                                                          Табл. 4.1