Технологии проведения горной выработки комбайновым способом

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка курсового проекта         с,    рис.,       табл.       источников.

Объектом  исследования является технология проведения подготовительной выработки в заданных горно-геологических условиях.

Цель  работы: проект технологии проведения подготовительной выработки.

Методы  исследования – метод технического анализа и технико-экономических расчетов.

Выбрано необходимое оборудование для механизации  проходческих работ, проведены расчеты: размеров поперечного сечения выработки, прочных размеров крепи, производительности проходческого комбайна, проветривания подготовительного забоя, выполнено описание технологии проходческих работ, намечены мероприятия по безопасному ведению работ.                 

При расчетах ориентировались на конкретные горно-геологические условия и принятое проходческое и вспомогательное оборудование. Проектом предусматривается комбайновый способ проведения горной выработки. В предлагаемой технологии принимается комбайн современного   технического уровня КСП-22. 

Месячная  скорость проведения выработки составила             м/мес.

 

ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, ПЛАСТ, ПОЧВА, КРОВЛЯ, ЗАБОЙ ВЫРАБОТКИ, АРОЧНАЯ КРЕПЬ, ПРОВЕДЕНИЕ, ОТКАТОЧНЫЙ ШТРЕК ,ПРОХОДЧЕСКИЙ КОМБАЙН, КОНВЕЙЕР, ВЕНТИЛЯЦИЯ, ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

                   Содержание

 

Введение

1. Назначение выработки и горно-геологические условия ее проведения   

2 Выбор формы поперечного  сечения выработки и вида горной  крепи   

3 Определение размеров  поперечного сечения выработки     

3.1 Определение ширины  выработки       

3.2 Выбор типового сечения         

3.3 Проверка принятого  сечения выработки по допустимой  скорости движения 

вентиляционной струи

4 Выбор подрывки боковых  пород

5 Крепление выработки

5.1 Конструкция постоянной крепи

5.2 Расчет параметров  постоянного крепления

5.3 Подбор средств межрамного  ограждения

5.4 Борьба с пучением  пород почвы

6 Выбор способа и  технологической схемы проведения  выработки

6.1 Выбор способа проведения

6.2 Выбор технологической  схемы проведения выработки

6.3 Выбор направления  проведения выработки

7 Выбор механизации  проходческих работ

8 Расчет основных показателей  проведения выработки

8.1 Установление скорости  проведения выработки

8.2 Расчет продолжительности  проведения выработки

9 Технология подготовительных работ

9.1 Организация работ  в забое

9.2 Технология выемки  и погрузки горной массы комбайном

9.3 Технология возведения  постоянной крепи

10 Вспомогательные работы  при проведении выработки

10.1 Настилка рельсового  пути

10.2 Монтаж трубопроводов и кабелей

10.3 Доставка материалов

10.4 Освещение и маркшейдерское  обеспечение при проведение выработки

11 Проветривание подготовительной  выработки

11.1 Расчет количества  воздуха по выделению метана

11.2 Расчет количества  воздуха по минимальной скорости движения воздуха в

выработке

11.3 Расчет количества  воздуха по тепловому фактору

11.4 Расчет производительности  вентилятора местного проветривания

11.5 Определение напора  вентилятора

12 Водоотлив при проведении  выработки

13 Техника безопасности  при проведении выработки

13.1 Общие требования  безопасности при проведении  выработки

13.2 Меры борьбы с  метаном

13.3 Меры борьбы с  пылью

13.4 Меры безопасности  при эксплуатации проходческих  комбайнов

13.5 Противопожарная защита  тупикового забоя

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

     Современные горнодобывающие предприятия характеризуется высоким уровнем концентрации и механизации горных работ при постоянно усложняющихся горно-геологических условиях. Для обеспечения ритмичной работы горнодобывающего предприятия необходимо постоянно вскрытие и подготовка запасов в пределах шахтного поля. Общая протяженность горных выработок на крупных угольных шахтах составляет 100 км и более.

      На проведение и поддержание  горных выработок занято около 25% численности рабочих на шахтах. Несмотря на механизацию проходческих работ,они остаются сложным звеном в процессе угледобычи. Основные направления их совершенствование – создание и внедрение технологии на базе применения механизированных комплексов, обеспечивающих значительное увеличение скорости проведения выработок, использование для крепления выработок новых крепей видов, позволяющей механизированное возведение и многократное использование, обеспечивающей безремонтное поддержание горных выработок.

      Комбайновым способом к настоящему  времени приводят 62% объема выработок.созданы высокопроизводительные проходческие  комбайны. Для проходки выработок по породам высокой прочности применяются проходческие комбайны тяжелой серии КСП.

      В данном курсовом проекте решается задача проектирования технологии проведения горной выработки комбайновым способом.

       Это самостоятельная работа студента, закрепляет теоретические знания,  прививает навыки самостоятельной работы, является подготовкой к выполнению дипломного  проекта.      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 НАЗНАЧЕНИЕ ВЫРАБОТКИ  И ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ

   УСЛОВИЯ ЕЕ ПРОВЕДЕНИЯ

 

Конвейерный бремсберг проводится для подготовки выемочного участка, транспортировки добытой горной массы, передвижения людей, доставки материалов, а также для пропуска струи воздуха.

Длина выработки  810  м, срок службы 3,0 года, в выработке будут проложены 1 рельсовый путь с шириной колеи 600 мм. Для обеспечения выемочного участка необходимым количеством воздуха по выработке будет проходить Q_э= 730   м³/мин воздуха. Ожидаемое газовыделение в выработке будет составлять I_зп= 1,08 м³/мин, обводненность выработки q_н = 17,5           м³/ч, глубина заложения выработки Н = 840  м.

Структурная колонка  пересекаемых пород представлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

    2 ВЫБОР ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВЫРАБОТКИ

              И  ВИДА  ГОРНОЙ  КРЕПИ

 

Форма поперечного  сечения выработки влияет на выбор  технологии проведения выработки.

При выборе формы  поперечного сечения  выработки учитываем срок службы, отношение к зоне влияния очистных работ, возможность повторного использования, способ проведения, опыт крепления подготовительных выработок, глубину заложения выработки, принимаем арочную форму сечения выработки, которая приближается к очертанию свода естественного равновесия и более благоприятна с точки зрения устойчивости. 

Металлические арочные податливые крепи являются наиболее распространенными видами крепи на шахтах Украины. Учитывая мощность угольного пласта и ряд других рекомендаций, предварительно принимаем крепь типа КМП-А3, изготавливаемую из проката спецпрофиля.

 

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  РАЗМЕРОВ  ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ  ВЫРАБОТКИ      

 

3.1 Общие положения

 

Согласно требованиям  ПБ поперечное сечение горной выработки  должно соответствовать типовым сечениям. Основным параметром выработки является площадь поперечного сечения в свету, которая определяется расчетом по факторам:

- габариты  подвижных составов и оборудования  с учетом минимально допустимых  зазоров;

-  величины усадки крепи после воздействия горного давления; 

- пропуска  воздуха с допустимой скоростью  струи;

- безремонтного содержания выработки в течение всего периода эксплуатации.

Подбор  типового сечения проектируемой  выработки производим в следующей  последовательности:

1) с учетом принятой формы и вида крепи вычерчиваем схему поперечного сечения (без соблюдения масштаба) и размещаем в нем согласно заданию транспортные средства;

2) пользуясь расчетной схемой сечения выработки, определяем минимально необходимую ширину выработки в свету на высоте 1,8 м от уровня почвы или балластного слоя  В_min;

3) по рассчитанной минимальной ширине выработки на высоте 1,8 м по таблицам параметров крепей предварительно подбираем требуемое типовое сечение;

4) предварительно принятое типовое сечение проверяем на удовлетворение требованиям ПБ по минимальной площади поперечного сечения и допустимой скорости воздушной струи.

 

По  результатам проверок окончательно принимаем решение по выбору типового сечения выработки, параметры которого сводим в таблицу.

 

3.2  Определение  ширины выработки

 

Поскольку в проектируемой  выработке предусматривается двух путевая колесно-рельсовая технология работ, то минимальную ее ширину в  метрах В_min в свету на высоте 1,8 м от почвы согласно расчетной схемы определяем по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Схема к определению ширины выработки

 

 

 

В_min = m + С+∙ А + p + n , м;

 

где m – зазор между крепью и подвижным составом,  м;

m = 0,25 м;

k  - количество рельсовых путей;

k = 1;

А – ширина подвижного состава, м;

С-ширина става  конвейера , С= 1,1       м;

р – зазор между подвижным составом и конвейером;

р = 0,2 м;

n – ширина прохода для людей, м;

n = 0,7 м;

В_min = 0,25 + 1,1+1· 0,85   + 0,2 + 0,7 = 3,1         м; 

 

 

 

3.3 Выбор типового  сечения выработки

 

По рассчитанному  значению минимальной ширины выработки  в свету на высоте 1,8 м  В_min= 3 ,1 м с учетом формы сечения, вида крепи и отношения выработки к зоне влияния очистных работ предварительно принимаем типовое сечение выработки, которое составит

S = 13,8  ,      м²

Характеристику  принятого типового сечения сводим в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Параметры поперечного сечения выработки

 

Наименование  параметров	Символ	Значение
Типовое сечение	S, м2	КМП-А3/13,8
Тип спецпрофиля	СВП	27
Коэффициент крепости пород	ƒ	3
Податливость  крепи, м		0,3
Размеры сечения  выработки, м: - в проходке: высота                        ширина - в свету:  высота до осадки                 после осадки                ширина по почве: до осадки                                    после осадки                 на высоте 1,8 м: до осадки                                    после осадки	Нпр Впр Н Н1 В В1 в в1	3,7 5,2 3,4 3,1 4,7 4,5 4,4 4,2
Площадь сечения, м2: в проходке                        в свету: до осадки                                             после осадки	Sпр S S1	16,1 13,8 12,1

 

Предварительно  принятое типовое сечение выработки  проверяется на удовлетворение требованиям  ПБ:

 

3.3.1 По минимальным размерам сечения  выработки по условиям:

S₁ ≥ S_min ; Н₁ ≥ Н_min ;

где S_min , Н_min – минимальные соответственно площадь сечения ( м²) и высота         выработки (м) от почвы до крепи, допустимые ПБ.

13,8 > 6,0;    3,7         > 1,5;

3.3.2 По допустимой скорости движения  воздуха в выработке при    эксплуатации по условию:

v_р =

≤ 6,0 v_д, м/с;

 

 

 

где v_р – расчетная скорость движения воздуха в выработке, м/с;

Q – расход воздуха в выработке в период эксплуатации, м³/мин;

S₁ – площадь поперечного сечения выработки в свету после осадки, м²;

v_д- допустимая по ПБ скорость движения воздуха в выработке данного      типа, м/с.

 

 

 

 

4 ВЫБОР ВИДА ПОДРЫВКИ  БОКОВЫХ ПОРОД

 

При проведении выработки  по тонким пластам угля приходится попутно производить подрывку вмещающих боковых пород, чтобы обеспечить требуемую высоту выработки. Вид подрывки принимается с учетом назначения выработки, угла падения пласта, крепости пород почвы и кровли, формы сечения выработки. При этом, желательно, чтобы пласт угля в сечении выработки занимал наибольшую площадь. В выработках, обслуживающих лаву, положение пласта в сечении выработки принимается с учетом удобства погрузки угля из лавы в транспортные средства.  

 

 

 

          

В зависимости  от вида транспорта оптимальное положение почвы пласта в сечении, т.е. величину подрывки почвы можно определить по формуле:

h_п = h_р.п. + h_в + h_з,  м;

где h_р.п.- высота верхнего строения рельсового пути, м;

(h_р.п.= 0,35 м для Р-24);

       h_в – высота вагонетки от головки рельсы, м;

(h_в = 1, 2      м для ВГ-1.6    );

 

 

 

       h_з- величина зазора между вагонеткой и конвейером лавы, м;

(принимаем h_з=  0,4 м);

h_п= 0,35 + 1, 2  + 0,4 =   1.95      м;

Пользуясь схемой принятого вида подрывки боковых  пород, можно вычислить площадь угольного S_у и породного S_пор забоев (м²) по формулам:

 м²;

м²;

 

где В_у – ширина выработки по угольному забою, м;

α – угол падения пласта, град, (в наклонных выработках не учитывается);

S_пр – общая площадь поперечного сечении выработки в проходке, м².

Коэффициент подрывки (присечки) пород К_п определяется по формуле:

Величину отношения  площади угольного забоя К_у (%) к общей площади поперечного сечения выработки в проходке можно определить по формуле:

К_у = 100 (1- К_п), %.

 

S_у = 5.2 х0,92 = 4,8

 

 

 S_п = 16,1 – 4,8 = 11,3

 

 К_п =           = 0,7                                

 

К_у = 100  ( 1- 0,7) = 30

 

 

 

 

5 КРЕПЛЕНИЕ ВЫРАБОТКИ

 

5.1 Конструкция постоянной крепи

 

Для принятого вида крепи, конструкция рамы состоит из двух стоек и верхняка замковых соединений  ЗПК и основные покуазатели будут следующие:

тип спецпрофиля  СВП -   27      ; сопротивление одной рамы крепи работающей в податливом режиме N_s =290   кН      

конструктивная  податливость (вертикальная) составит   300      мм.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5  Схема к определению расчетного               сопротивления пород  сжатию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     5.2 Расчет параметров постоянного крепления

 

5.2.1 Определение  расчетного сопротивления пород сжатию К_с (МПа)

 

Для определения  смещения пород необходимо знать  величины средних значений сопротивления  пород сжатию в сечении выработки  и за пределами его контура в кровле и на расстоянии равном 1,5В_пр, а в почве – равном 1В_пр (где В_пр – ширина выработки в проходке). Для этого выполняется расчетная схема в масштабе 1:100. Для выполнения этой схемы используется принятая схема подрывки боковых пород. На схеме указывается мощность всех слоев и пласта по вертикальной оси, а также величины сопротивления пород сжатию в слоях R_с (МПа). Сопротивление пород сжатию R_с определяется согласно схеме во всех вмещающих выработку слоях (пластах) мощностью более 0,5 м, залегающих в сечении выработки и за пределами контура в кровле на расстоянии 1,5В_пр по линии 1-2-3, в почве – на расстоянии 1В_пр по лини 2-3-4,а в боках –  на расстоянии равном высоте выработки в проходке Н_пр по линии 2-3.

Усредненное значение сопротивления пород сжатию R_с в указанных границах определяется в мегапаскалях (МПа) отдельно для кровли (R_{с кр}), почвы (R_{с пч}) и боков (R_{с Б}) по формуле:

 

МПа

где R … R - сопротивление пород сжатию в слоях по расчётной линии, МПА;

m₁ … m₂ – мощности слоёв пород (пластов) по вертикали по расчётной линии, м.

R_{с (кр.)} = ^{58*11,38+30*7,72+33*0,62+11*0,92+38*0,6}   =44,49

                                    ^{11,38+7,72+0,62+0,92+0,6}

 

R_{с (поч.)} = ^{30*1,56+33*0,62+11*0,92+38*0,6+38*4,35+53*6}   =41,53

                                    ^{1,56+0,62+0,92+0,60+4,35+6}

 

 

R_{с (бок)} = ^{30*1,56+33*0,62+11*0,92+38*0,6+}   =27,08

                       ^{1,56+0,62+0,92+0,60}

 

 

 

 

5.2.2 Определение смещений  пород на контуре выработки

 

Смещение пород кровли, почвы и боков U в горизонтальных и наклонных протяженных выработках, поддерживаемых вне влияния очистных работ, рассчитывают в (мм) по формуле:

 

U = К_α · К_п.с · К_t · К_s · U_т , мм;

где К_α- коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки относительно простирания пород ;

       К_н.с.- коэффициент направления смещения пород; при определении смещений со стороны кровли и почвы (в вертикальном направлении) он равен 1; при определении боковых смещений пород К_н.с. принимают       ;

       К_t- коэффициент влияния времени смещения пород. Для выработки со сроком службы менее 15 лет коэффициент К_t, зависящий от  соотношения Н/R_с, определяются по графикам рисунка 6. Для выработок со сроком службы более 15 лет принимают К_t= 1;

       К_s- коэффициент влияния размеров выработки, определяемый по формулам:

- для кровли  и почвы К_s= 0,2 (В_пр- 1);

- для боков  К_s= 0,2 (Н_пр – 1);

где В_пр и Н_пр – соответственно высота и ширина выработки в проходке, м;

       U_т – смещение пород,, принятое за типовое, мм, определяется  в зависимости от величины усредненного сопротивления пород сжатию R_s и глубины расположения выработки Н.

U_кр =0,85х1х0,95х300= 242 мм

 

U_поч=0,85х1х0,9х350=268 мм

 

U_бок=0,85х0,45х0,85х600=195 мм

 

Н/R_с.кр=18,9      К_t=  0,95 ; Н/R_с.поч= 20,2 К_t= 0,9  ; Н/R_с.бок= 31,02    К_t= 0,85  ;

 К_{s(кр.поч)}= 0,2 (5,2- 1) =0,84

 

 К_s(бок) = 0,2 ( 3,7- 1) =0,54

  

 

5.2.3 Определение расчетной  нагрузки на рамную податливую  крепь

 

Расчетная нагрузка Р в (кН) на 1 м длины выработки со стороны  кровли и почвы определяется по формуле:

 

 кН;

где К_п – коэффициент перегрузки, принимаемый по таблице 4 в зависимости от типа выработки;

К_у.п – коэффициент условий проведения выработок; 

В_пр – ширина выработки в проходке, м;

Р_н – нормативная нагрузка, определяется в зависимости от смещений пород (U) и ширины выработки в проходке (В_пр), кН.                 

 Р_кр = 80 кН

 

Р_поч = 90 кН

 

R_{с ср} = (44,49+41,53)/2= 43,0   МПа; 

Р =1,0х0,8х5,2х85=353,6 кН ; 

 

 

 

5.2.4 Определение плотности установки крепи

 

Минимально допустимая плотность установки крепи на 1 м длины выработки

n_{p min} = Р/N_s,  рам/м;

где Р – расчетная нагрузка

       N_s – несущая способность 1 рамы в подптливом режиме принятой крепи,        кН; принимается по приложению Б (таблица 1);

 n_{p min} =  353,6/290 =1,22            рам/м;

Окончательно  принимается паспортная плотность  установки крепи с учетом рекомендации ДонУГИ.

 

  n_p =   1,25            рам/м

Расстояние между  рамами по осям (шаг установки крепи, м) определяется по формуле:

  r = 1/ n_р, м;

где n_p- принятая паспортная плотность крепи, рам/м.

  r = 1/1,25 = 0,8

 

5.2.5 Проверка крепи  на податливость

Податливость  принятой крепи выработок должна удовлетворять следующему условию:

 

Δ ≥ U_кр, мм;

 

 

 

 

где Δ – конструктивная податливость крепи, мм; (см. приложение Б);

          U_кр – ожидаемые расчетные смещения кровли, мм.

300 ≥ 242 мм.

 

 

 

 

 

5.3 Подбор средств  межрамного ограждения

 

Учитывая срок службы  принимаем для затяжки кровли Ж/Б затяжку (1,0· 0,2 · 0,05), а для боков металлическую сетку (1,0 · 0,3 · 0,003).

Затяжку укладываем всплошную по периметру и встык  вдоль оси выработки.

 

 

5.4 Борьба с пучением пород почвы

 

На основании  расчета величины смещения пород почвы, делается вывод о необходимости принятия мер по предупреждению пучения:

- при смещениях  почвы не превышающих 200 мм  мероприятия по борьбе с пучением  не предусматриваются;

- при смещениях  почвы до 300 мм следует предусматривать  упрочнение пород анкерной крепью  длиной 1,8-2,0 м и плотностью установки 0,8-1,0 анкера/м²;

- при смещениях  почвы 300-700 мм следует устанавливать  крепи с обратным сводом или  предусматривать упрочнение почвы  анкерной крепью с длиной анкеров  2-2,5 м и плотностью 1,2-1,5 анкера/м², закрепленных по всей длине скважины;

- при смещениях 700-1200 мм следует предусмотреть искусственное разрушение пород почвы камуфлетным взрыванием с последующим упрочнением вяжущими веществами.

 

 

 

    6 ВЫБОР СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

   ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТКИ

 

6.1  Выбор способа  проведения выработки

 

Выбор способа  проведения выработки определяется горно-геологическими и производственно-техническими факторами.

Горно-геологические  факторы – крепость, мощность, газоносность, склонность пластов к внезапным выбросам угля, газа и породы – имеют решающее значение при выборе способа проведения выработки. В заданных горно-геологических условиях принимаем комбайновый способ проведения выработки.

Применение  проходческих комбайнов при проведении горных выработок позволяет механизировать основные процессы проходческого цикла: отбойку, погрузку и транспортировку горной массы из забоя выработки, а также дает возможность точно оформить заданный контур выработки.

А применение комбайновых проходческих комплексов позволяет механизировать и крепление выработки. Применение комбайнов дает возможность точно оформить заданный контур проводимой выработки.

 

6.2 Выбор технологической  схемы проведения выработки

 

Технологическая схема проведения горной выработки – это определенный, увязанный в пространстве и времени, порядок выполнения производственных процессов, средств механизации и соответствующее этому порядку размещение оборудования.

Учитывая заданные горно-геологические и производственно-технические  условия проекта, принимаем: разрушение горного массива комбайном, погрузка горной массы в вагонетки при помощи прицепного ленточного перегружателя, электровозная транспортировка горной ассы из забоя горной выработки. Для доставки материалов будем использовать напочвенную дорогу. Данное проходческое оборудование позволит иметь значительные темпы проведения выработки и высокую производительность труда.

 

6.3 Выбор направления  проведения выработки

 

Учитывая назначение выработки, месторасположение её в  пространстве, тип применяемого транспорта выработку будем проводить по направлению с переменным профилем пути.

 

6.4 Выбор схемы  проведения выработки

 

При проведении пластовых  выработок по простиранию пласта с подрывкой пород в зависимости  от места размещения породы различают  схемы проведения узким и широким  забоем.

Выработку проводим узким забоем.

 

 

6.5 Определение  варианта выемки горной массы   в забое выработки