Строительство вертикальных выработок

Министерство  образования Российской Федерации 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Факультет РПМ

Кафедра строительства  подземных сооружений и шахт

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

 

на тему:

 

«Строительство вертикальных выработок»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнили: 
ст. группы  СП-1-06

Нгуен К.Х. 
Проверил:

проф. Франкевич Г.С.

 

 

Москва 2010

Оглавление 

 

1. Выбор технической схемы строительства ствола и варианта его оснащения.

 

Учитывая значительную глубину проектируемого ствола (Н=750м) и небольшую  среднюю крепость пересекаемых пород (f=4), наиболее целесообразно в этом случае использование совмещенной технологической схемы. Последовательная схема в данных горно-геологических условиях не применяется, а применение параллельно-щитовой технологической схемы затруднено незначительной прочностью и трещиноватостью вмещающих ствол пород, что может привести к заклиниванию щита-оболочки и его повреждению.

Строительство башенного копра  проектом не предусматривается. Проектируемый вспомогательный ствол служит в основном для целей улучшения проветривания шахты, а также выдачи породы, спуска-подъема людей, оборудования и материалов. Поэтому для его быстрого оснащения к проходке целесообразно использовать модифицированную схему V, позволяющую значительно сократить время на оснащение ствола до 6 месяцев.

Первоначально ствол проходится с  использованием проходческого шахтного копра и передвижной подъемной  машины МПП-9, которая позволяет осуществлять проходку ствола до глубины 370м с погрузкой породы в бадьи емкостью до .

 В это же время на поверхности  монтируется постоянная подъемная  машина и начиная с глубины  370м и до конечной глубины  ствола 750м проходка ствола осуществляется с ее помощью. При этом передвижная проходческая машина демонтируется и проходческий копер переоборудуется.

 

2. Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь, выбор типа и расчет крепи.

 

2.1 Расчет устойчивости породы

 

 

 

 

В зависимости от полученной категории устойчивости выбирается конструкция крепи вертикальных стволов. В породах I, II и III категорий устойчивости в стволах с жесткой армировкой для протяженных участков ствола вне зоны влияния очистных работ и водоносных горизонтов применяется монолитная бетонная крепь из бетонов классов В15, В20 и В25. Так как С>3 – категория устойчивости II (среднеустойчивые), то расчет крепи ствола производится следующим образом.

 

2.2 Расчет крепи ствола

- нормативное давление горных  пород на крепь

 

При

 

 

Определяем соотношение  , следовательно, необходимо определить давление подземных вод по формуле:

 

 

 

 

Отсюда расчетное горизонтальное давление:

 

 

 

Общее давление на крепь  ствола:

    

 

Толщина бетонной крепи класса В20 составит:

 

 

Принимаем

Проверим остаточный водоприток в  ствол в результате возможной  фильтрации воды через бетонную крепь 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученная толщина  крепи позволяет определить размеры  проектируемого ствола вчерне и проходке.

 

 

 

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ

 

3.1. Выбор взрывчатого вещества и средств взрывания.

 

Пылегазовый режим шахты II, а коэффициент крепости пород равен:

,

то взрывчатое вещество принимаем  IV класса – Аммонит T-19.

За средство взрывания принимаем  электродетонаторы ЭД-8ПМ – для  врубовых шпуров и ЭДКЗ-ПМ-15 – для  отбойных и оконтуривающих шпуров с интервалом замедления 15мс.

 

3.2. Определение диаметра шпура и конструкции заряда.

Оценивая преимущества и недостатки шпуров разного диаметра, выбираем наиболее оптимальный диаметр: , а диаметр шпура .

При проходке ствола будем принимать колонковую конструкцию заряда, патрон боевик располагается первым от устья ствола. Т.к. диаметр патрона 36мм, то масса ВВ в патроне составляет 3,0 Н, ориентировочная длинна    210мм.

Отношение длины заряд  к длине шпура :

3.3. Удельный расход ВВ.

 

, кг/м³

где q₁ - коэффициент взрываемости горной породы;

- коэффициент структуры породы;

 

 

- коэффициент зажима породы  при взрывании;

S_вч – сечение выработки вчерне, м²

 м

S_вч = 41,8 м²

- коэффициент работоспособности ВВ;

А – работоспособность применяемого ВВ

А = 280 см³

- коэффициент, учитывающий диаметр  патрона ВВ;

 кг/м³

Принимаем среднее значение исходя из результатов расчета и табличных значений (по таб. 4.5) и по таб. 4.6 q=0,9 кг/м³

 кг/м³

 кг/м³

 

3.4. Определение количества шпуров.

, шт

где - удельный расход ВВ, кг/м³

S_вч – площадь сечения ствола вчерне, м²

 – диаметр патрона ВВ, м

- плотность ВВ в патронах, кг/м³

- коэффициент заполнения шпура

- коэффициент плотности ВВ  в шпурах при заряжании

 шпуров

Т.к. диаметр ствола в чернее 7,3 м и количество шпуров 85 шт., то по табличным данным число окружностей получается равным 4.

 

Так как для бурения  шпуров предполагается использовать бурильную  установку БУКС-1м, принимаем глубину  шпуров .

 

Количество шпуров по их типам, диаметры окружностей, на которых располагаются шпуры, количество шпуров на каждой окружности и расстояния между шпурами определим на основании табл.4.10. Расчет ведем в табличной форме, и его результаты заносим в таблицу:

 

Тип шпуров	Диаметры окружностей, м	Расстояние между окружностями, м	Количество шпуров в  окружности, шт.	Расстояние между шпурами, м
Врубовые		3,9 - 2,5 = 1,4
Отбойные
		5,1 - 3,9 = 1,2
Отбойные
		6,8 - 5,1 = 1,7
Оконтури-вающие

 

 

Фактическое количество шпуров N = 90 несколько больше полученного по расчету.

 

 

3.5. Схема расположения шпуров в забое ствола.

 

Принимаем расположение шпуров по 4 окружностям. На первой, внутренней, будут располагаться врубовые шпуры, на второй и третьей– отбойные, на четвертой, внешней, окружности – оконтуривающие шпуры. Применяем призматический вруб, так как породы средней крепости .

 

3.6. Определение общего количество ВВ на цикл Q и массы заряда в 
шпурах  q_ш.

 

Общий расход ВВ на цикл определяется по формуле:

 кг

 

Средняя масса заряда каждого шпура составляет:

 кг

Фактическая величина шпуров принимается:

- врубовые  кг

- обойные  кг

- оконтуривающие  кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим массы заряда и числа патронов в шпуре по их типам:

 

Тип шпуров	Масса заряда в шпуре, кг	Количество патронов в шпуре, шт.	Фактическая масса заряда в шпуре, кг	Фактический коэффициент  заполнения шпура,
Врубовые
Отбойные
Оконтури-вающие

 

 

где - масса одного патрона ВВ, кг;

 - длина одного патрона, м.

 

 

Отсюда:

 кг,  

 кг,   

 

 

 

 

 

 

 

 

Фактический расход ВВ на цикл составляет:

 кг

 

Фактический удельный расход ВВ составляет:

 кг/м³

 

Удельное количество шпуров на 1 м² площади забоя ствола составляет:

 

 

4.Выбор бурового оборудования и определение производительности и времени бурения шпуров

 

Исходя из диаметра ствола в свету 7,3 м, глубины шпуров м и крепости пород f=4 по табл. 5.1 можно выбрать несколько бурильных установок для бурения шпуров. Выбираем БУКС-1у2М. для погрузки породы предполагается использование погрузочной машины 2КС-1МА. Поэтому принимаем две установки БУКС-1у2М.

Производительность бурения  шпуров по формуле:

 

 

      (5.3)

=0,7 – коэффициент одновременности работы бурильных машин

 

=0,8 – коэффициент надежности установки

- число бурильных машин в  установке

Количество перфораторов , одновременно работающих в забое, определяется из выражения:

,  (5.1)

 

где - площадь забоя на один перфоратор (принимается 4-5м² при обычной проходке ствола и 1,5 – 2м² – при скоростной проходке);

;

- площадь поперечного сечения  вчерне.

Каждый перфоратор обслуживает  один человек. На каждые 3 – 4 рабочих  перфоратора предусматривается один резервный. Средний расход воздуха на один перфоратор 3,5 – 4,0м³ /мин.

 

 шт.

 

 

=3 мин - время вспомогательных работ при бурении 1м шпура

- механическая скорость бурения шпура диаметром 46 – 52 мм

При f=6  = 1м/мин

 

 

 

При бурении шпуров диаметром 40 - 43мм скорость бурения увеличивается на 20 - 25%. Общее время бурения шпуров с учетом подготовительно-заключительных работ:

 

,    (5.4)

 

где - число шпуров;

- глубина шпуров, м;

- производительность бурения,  м/ч;

- время  подготовительно-заключительных  работ (40 - 60 мин для бурильных установок и 25 - 30 мин для ручных перфораторов);

.

 

 

Время на бурение шпуров составит (формула(5.4)):

 

.

 

После бурения шпуров приступают к их заряжанию ВВ. Шпуры  заряжают взрывники и проходчики, имеющие «Единую книжку взрывника». Число проходчиков, участвующих в заряжании шпуров, определяют из расчета 7 - 10м² площади забоя ствола вчерне на одного проходчика.

 

Продолжительность заряжания  одного шпура составляет в среднем 6-8 мин. Время заряжания одного шпура патронами диаметром 40мм, включая забойку шпура гранулированным шлаком, монтаж электросети и ее проверку можно определить по эмпирической зависимости:

 

, мин.  (5.5)

Время заряжания одного шпура:

 

.

 

Количество проходчиков  занятых на заряжании, определяется по формуле:

, чел,

 

где - площадь поперечного сечения вчерне;

- диаметр ствола в свету.

Количество проходчиков  занятых на заряжании, составит:

 

 чел.

Общее время заряжания  и взрывания:

 

, ч,   (5.6)

 

 

где - число шпуров;

- число проходчиков, занятых  на заряжании;

- коэффициент одновременности  работ по заряжанию;

- 25-30 мин - время подготовительно-заключительных  работ при заряжании.

 

Общее время заряжания  и взрывания:

 

 

После заряжания шпуров монтируется антенна и подсоединяется к магистрали, производится подъем полка на взрывобезопасную высоту (30м от забоя), магистраль соединяется с кабелем взрывания, из ствола на поверхность поднимаются все люди и удаляются из копра, выставляются посты, производится проверка взрывником сопротивления взрывной цепи и осуществляется взрывание

 

5. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ СТВОЛА И ВЫБОР ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Для проветривания ствола принимаем нагнетательную схему проветривания с подачей воздуха по трубам диаметром 0,8м. Расход воздуха для проветривания определяем по всем четырем факторам.

 

По формуле (6.3) определяем аэродинамическое сопротивление става  труб:

 

 

По формуле (6.2) находим коэффициент утечек воздуха:

 

 

Так как проектируемый  ствол относится к глубоким, первоначально  определяем критическую глубину  ствола по формуле (6.4). Предварительно определив входящие в эту формулу  коэффициенты.

 

.

 

.

 

.

 

Так как Н_кр = 473 м < Н = 750м, в формулу (6.1) вместо Н подставляем Н_кр.

 

Определяем расход воздуха  по ядовитым газам ВВ (формула (6.1)):

 

.

 

Расход воздуха по наибольшему числу людей (6.12):

 

 

Расход воздуха по минимальной скорости движения воздушной  струи (6.13):

 

 м³/мин.

 

Используя зависимости (6.7) - (6.11) определяем количество воздуха, необходимое  для проветривания ствола по фактору газовыделения.

 

 м³/т.

 

 м³/мин.

 

 м³/мин.

 

 м³/мин.

 

 м³/мин.

 

Максимальный расход воздуха  по ядовитым газам ВВ.

 

Подача вентилятора:

 

.

 

Аэродинамическое сопротивление  трубопровода:

 

.

 

Давление вентилятора:

 

.

 

По значениям  и выбираем по табл.6.3 вентилятор осевой с электроприводом ВМ-12м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Расчет производительности и времени погрузки породы

 

Исходя из заданных глубины ствола Н=750м и его диаметра вчерне 7,3 м для погрузки породы по таб. 7.1 выбираем погрузочную машину 2КС-1МА со средней эксплуатационной производительностью 190 .

Объём взорванной породы, подлежащий погрузке, составит:

 

Где:   - площадь ствола в проходке

- длина шпура

- коэффициент использования  шпура

 

Коэффициент для грейферной погрузочной машины 2КС-1МА при глубине шпуров 3м составляет 0,9. Погрузка породы производится в бадьи БПС-5 (диаметр бадьи )

По формуле 7.6 определяем коэффициент 

Где:  - диаметр бадьи

- диаметр грейфера с раскрытыми лопастями

 

 

Так как коэффициент  крепости по заданию f=4, то . Размеры ствола позволяют использовать в работе две бадьи, принимаем .

Используя формулы (7.4) и (7.5) определяем время погрузки породы в первой фазе:

 

(7.4)

Где:   - время работы машины по погрузке породы в бадью

- технологические простои машины, связанные с маневрами бадьи  в забое

- коэффициент, учитывающий неравномерность  работы, регламентированный отдых,  простои по организационным причинам  и т.д., равный 1,15 – 1,2

 

(7.5)

Где:  - доля породы в первой фазе

- коэффициент разрыхления породы

- техническая производительность  машины;

- коэффициент одновременности  работы машин, равный 1 при n=1 и 0,75 – 0,8 при n=2

 

Объём породы в первой фазе нагрузки составляет:

 

 

Производительность погрузки породы в I фазе составит:

 

Эта величина потребуется в дальнейшем для определения производительности проходческого подъема.

 

Время погрузки породы во второй фазе определим по формуле (7.7), имея в виду, что для повышения  производительности применяем пневмомониторы:

 

Где:   чел.– число рабочих, занятых на погрузке породы во II фазе

- производительность одного  рабочего по погрузке породы  во II фазе

 

 

 

Общее время погрузки составит:

 

 

Производительность погрузки породы:

 

 

 

7. Расчет производительности проходческого подъема

 

Ствол проходится по совмещенной  технологической схеме и оборудован двухконцевым подъемом.

Продолжительность цикла подъема определяем по формуле:

 

 

Число подъемов в час  равно n=3600/192=19

 

Емкость бадей определяем по формуле:

 

Принимаем бадью типа БПС-5

 

Определяем суммарный  вес бадьи:

 

 

 

 

Вес породы и воды в  бадье:

 

Концевая нагрузка на канат:

 

 

Расчетный вес 1м каната

 

 

По таблице 8.5 выбираем канат диаметром 43 мм, вес 1м – 10,14кг суммарное разрывное усилие всех проволок в канате 186000кг.

 

Действительный запас  прочности принятого каната:

 

 

Требование правил безопасности соблюдается.

 

Статическое окруженное усилие:

 

Диаметр барабана подъемной  машины:

 

 

Требуемая ширина барабана подъемной машины:

 

 

Выбираем стационарную подъемную машину ЦР-4х3/0,7 с допустимой скоростью подъема 12 м/с и статическим  натяжением каната 250 кН.

 

По таб. 8.1 выбираем в зависимости от глубины и диаметра ствола проходческий копер II типа (укосный).

 

Производительность транспортирования  породы на поверхности определяем по зависимости (8.16) – (8.17), принимая расстояние до ствола L=3 км.

 

 

 

Необходимое количество автомашин:

 

 

 

8. Расчет трудоемкости работ проходческого цикла и разработка графика организации работ

 

Время на крепление ствола монолитным бетоном определяется по следующей зависимости:

 

Пользуясь таб. 9.2 по коэффициенту крепости пород f=4 определяем категорию пород по крепости – III.

 

Основываясь на данных таб. 9.3 – 9.8 рассчитывается трудоемкость операций проходческого цикла в табличной  форме

 

Определяем число проходчиков  в комплексной бригаде для  выполнения работ одного цикла:

 

 

Наименование работ	Объем работ	Единица измерения	Vi	Hi	Ki	Ti
Бурение шпуров	90x3=270		270	0,6	1,0	162
Погрузка породы	41,8x1,07x3x0,9=120,7		120,7	0,47	1,43	81
Крепление бетоном	(41,8x1,07-38,5)x4=25		25	0,7	0,6	10,5
Монтаж воздушно –силовых труб	4x3x0,9=10,8		10,8	0,67	1,25	9
Установка вентиляционных труб	1x3x0.9=2,7		2,7	0,67	1,25	2,26

 

Производительность труда  проходчиков составит: