Технология и БВР

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования 

"СИБИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ" 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новокузнецк 2010 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

    Горноподготовительные работы на действующих угольных шахтах представляют собой комплекс технологических  и организационных мероприятий, обусловливающих своевременное и качественное воспроизводство очистного фронта с доразведкой подготавливаемых запасов и защитой от проявления свойств массива горных пород при его обнажении (дегазация, защита от ГДЯ, упрочнение массива и т. д.).

    Основное  содержание горноподготовительных работ — проведение горных подготовительных выработок, обеспечивающих доступ к очистным забоям, их подготовку, вентиляцию, транспортировку угля и горной массы, доставку материалов и оборудования, энергоснабжение, водоотлив и прочее.

    На  угольных шахтах представлен широкий диапазон подготовительных выработок: горизонтальные, наклонные и вертикальные; с угольным, породным и смешанным забоями; с арочной, трапециевидной, прямоугольной и круглой формами сечения.

    Структура объемов горноподготовительных  работ, взаимосвязь их со смежными технологическими звеньями и службами шахты (очистные работы, подземный транспорт, вентиляция, службы поверхности, и др.) определяют специфику процесса проведения подготовительных выработок и использование при этом тех или иных способов и средств их сооружения.

    С глубиной разработки усложняются условия труда рабочих, возрастают крепость горных пород и коэффициент их присечки, повышается температура в забоях выработок, увеличивается метанообильность пластов, а следовательно, их взрыво- и выбросоопасность.

    Снижение  численности рабочих, занятых на проведении горных выработок, улучшение условий их труда и технико-экономических показателей горноподготовительных работ базируются на своевремённом внедрении, достижений науки и техники, создании прогрессивной технологии проведения горных подготовительных выработок.

    Важное  значение имеет также совершенствование организации труда и производства на горноподготовительных работах. Мобилизация всех возможных резервов в этом направлении обеспечивает значительное улучшение технико-экономических показателей горноподготовительных работ, о чем свидетельствует опыт работы скоростных проходческих бригад.

    Совершенствование техники, технологии и организации  горноподготовительных работ возможно только на научной основе, поэтому  самое серьезное внимание необходимо уделять изучению закономерностей протекания производственного процесса и экстраполяции прогрессивных тенденций развития способов и средств его выполнения. [1]

    Курсовой  проект выполняется с целью формирования навыков самостоятельного решения  задач конструирования, проектирования и организации горных работ. Поэтому задачами курсового проекта являются: выбор рациональной схемы проведения и крепления горной выработки и расчет некоторых ее параметров.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТКИ

 

    В настоящем курсовом проекте рассматривается   проведение однопутевой вентиляционной штольни в крепких породах. Штольня  - это горизонтальная вскрывающая горная выработка имеющая выход на поверхность, предназначена для обслуживания горных работ.

    Породы  почвы и кровли проводимой выработки представлены песчаниками с крепостью f = 7,5 и удельным весом γ = 2,65 т/м³. Относительное газовыделение  по выработки q = 4,5 м³/т. Глубина ведения горных работ составляет 150 м. Общая протяженность штольни 700 м со сроком службы более 15 лет. 

2. ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ  ВЫРАБОТКИ

 
    

1. Определяется количество воздуха, которое должно проходить по выработке в период её эксплуатации:

 

                                                                 (1)

где   -  коэффициент, учитывающий неравномерность доставки воздуха,

- добыча угля на участках, для проветривания которых подаётся воздух по данной выработке, т/сут;

- относительное газовыделение, м³/т;

  - допустимая концентрация  метана в исходящей струе, %, (1%).

    

2. Исходя  из необходимого количества воздуха, которое  необходимо пропустить по выработке  и допустимой по ПБ максимальной скорости его движения по данного вида выработке, определяется минимальное сечение выработки в свету

                                                                                   (2)

где V_доп.– максимально допустимая скорость движения воздуха по выработке, м/с;

    

3. Находится ширина выработки ( ) на уровне верхней кромки подвижного состава (транспортного средства)

 

                                                                    (3)

    где - зазор между крепью и подвижным составом, м;

    - ширина транспортного средства (подвижного состава, конвейера и т.д.), м;

    - количество транспортных средств;

    - расстояние между транспортными средствами (подвижным составом, конвейерами и т.д.), м;

    - свободный проход для людей 

                             

3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ  ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

 

1. Прогноз прочностных параметров горных пород

 

    Породы  кровли работают на растяжение, а борта – на сжатие. 

    

1. Определяется прочность пород на сжатие и растяжение. Для практических расчётов, когда нет данных испытаний горных пород, прочность на сжатие , определяется через коэффициент крепости породы по М.М. Протодьяконову

                                                              (4)

    где - предел прочности на одноосное сжатие, Па.

    Прочность на растяжение принимается равной

                                      (5) 

    

2.   Определяются максимальные сжимающие усилия в боках выработки

 

                                                                  (6)

где γ –  плотность пород окружающих выработку, т/м³;

Н – глубина залегания, м;

К₁ – коэффициент концентрации сжимающих напряжений; К₁=2,0÷2,5; 

    

3. Определяются минимальные растягивающие напряжения в кровле выработки

 

                                                                  (7)

где К₂  – коэффициент концентрации растягивающих напряжений, зависящий от формы свода выработки; К₂=1 – для выработок, имеющих прямоугольную и трапецевидную форму, К₂=0,4÷0,45 – для выработок прямоугольной коробчатой формы, К₂=0,25÷0,32 – для выработок сводчатой формы с прямыми стенками, К₂=0,2÷0,23 – для подковообразных выработок;

  λ   – коэффициент бокового распора для связанных (не сыпучих) пород;

                                                                                              (8)

где μ – коэффициент поперечных деформаций (коэффициент Пуассона), учитывающий соотношение поперечных и продольных деформаций. Для большинства пород  

    

;

    

4. Определение предела прочности массива пород  на длительное сжатие и растяжение

                                                                   (9)

                                                                    (10)

где  - коэффициенты структурного ослабления соответственно боков и кровли выработки, зависящей от трещиноватости пород, ;

ξ    – коэффициент длительной прочности, показывающий уменьшения прочности пород при длительном воздействии нагрузки,  

    

    

5. Определяется угол внутреннего трения, град:

                           (11)

2. Оценка устойчивости пород и выбор типа крепи

 
    

1. Определяется устойчивость пород (коэффициента запаса прочности)

                                                               (12)

                                                                (13)

    Исходя  из расчёта бока и кровля выработки устойчивы.

    Окончательный вид крепи принимается после  расчёта горного давления (согласно рекомендаций СНиПа) по величине безразмерного показателя устойчивости

                                                                              (14)

где γ –  плотность пород окружающих выработку, т/м³;

         Н – глубина залегания, м;

         σ_сж = f ·10⁷ Па – предел прочности пород на сжатие;

    

;

    Исходя  из назначения горной выработки, срока  службы – более 15 лет, и с учётом ПБ 05-618-03 п. 118 по альбому «Унифицированные типовые сечения горных выработок» выбираем арочную металлическую податливую крепь крепь.

                   Основные характеристики выработки:

                   S_св = 12,8 м² – сечение в свету;

                   S_пр = 15,7 м² – сечение в проходке;

                   Р = 13,5 м – периметр выработки;

                   В = 5000 мм – ширина выработки;

                   h = 3680 мм – высота выработки;

                   N = 27 кг/м – номер спецпрофиля;

                   . р = 1,25 м – расстояние между арками.  
 
 
 
 
 

4. РАСЧЁТ  КРЕПИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

 
    

1. Определяется  интенсивность давления со стороны  боков и кровли выработки

• Высота свода обрушения пород кровли (м)

                                                                    (15)

где l – ширина арки по почве, м;

  h₀ – полная высота арки, м;

  θ = 45º + φ/2 = 64,5º – угол сползания пород призмы; 

    

• интенсивности нагрузки со стороны кровли (кН/м)

                                                                         (16)

    где L – расстояние между рамами (арками), м;

                                                                          (17)

    где P – несущая способность арки из спецпрофиля, Н;

         а – половина ширины выработки в проходке, м;

         γ_п – плотность породы, Н/м³;

         f – крепость пород по М.И. Протодъяконову;

    

    В связи с тем, что в принятом типовом сечение расстояние между  арками крепи 1,2 м, а по расчету получили 0,85 м, то принимается расчетный вариант: L = 0,85 м. 

    

• боковая нагрузка на арку (кН)

                                   (18)

    

2. Определяется горизонтального распор (кН)

                                                                  (19)

    где r – радиус верхней дуги арки, м;

3. Определяются  реакции опор

                                                                          (20)

    

4. Определяются координаты опасного сечения х₀ и у₀ (м)

 

                                                               (21)

    

                                                                       (22)

    где h – расстояние от почвы выработки до центра дуги, м;

    

5. Определяется максимальный изгибающий момент (кН×м)

 

                                           (23)

6.  Определяется  момент сопротивления изгибу (см³)

                                                                               (24)

    где σ_из – допустимое сопротивление на изгиб, для Ст. 5 σ_из =270·10³ кПа;

    

    Полученному моменту сопротивления соответствует  профиль 27.

7. Определяется сила осевого сжатия

                       (25)

    

8. Рассчитывается общее напряжение (продольно-поперечный изгиб) в опасном сечении

                                                                         (26)

    где F – площадь поперечного сечение профиля, см²;

    

    σ_общ  ≤ σ_из. 

5. ВЫБОР СПОСОБА И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

 

    Определяющим  фактором при выбора способа проведения горной выработки является крепость пород, в которым проходится выработка. Штольня проходится в песчаниках с крепостью f = 7,5, поэтому принимается буровзрывной способ проведения.

    Технологическая схема транспорта отбитой горной массы принимается следующая: погрузочная  машина → портальный перегружатель  → вагонетка, поскольку выработка в период эксплуатации будет оборудована рельсовым путем. 

6. РАСЧЁТ  ПАСПОРТА БВР

1. Определение параметров БВР

1. Выбор ВВ. Исходя из заданных условий, принимается взрывчатое вещество Победит ВП-4 (характеристика и условия применения приведены в таблице 6.1.).

    Таблица 6.1.

 
    

2. Определение параметров БВР. Общий расход ВВ для разрушения породы в выработке с площадью поперечного сечения вчерне

 

                                                                     (27)

    где S_ч – сечение выработки вчерне, м²;

  l_шп – средняя глубина шпура, м:

                                                                   (28)

где L_н – месячный норматив подвигания забоя, м;

N_дн. – количество рабочих дней в месяц, дней;

n_см. – количество смен в сутки по проведению выработки, смен;

η_шп. – коэффициент использования шпура;

    

q_уд. – удельный расход ВВ, кг/м³:

                                                                (29)

    где q₁ – удельный расход условного ВВ, кг/м³:

                                                                (30)

         f₁ - коэффициент текстуры пород (f₁ = 1,3);

υ₁ – коэффициент, учитывающий зажим породы, т.е. сопротивление отделению её от массива 

                                               (31)

         е – коэффициент работоспособности ВВ;

                                                                                     (32)

    где Р – работоспособность принятого ВВ;

       

    

    

3. Определение ориентировочного количества шпуров в забое:

                                                                 (33)

    где - плотность ВВ, кг/м³;

d - диаметр патрона ВВ, м;

К_з.шп. - коэффициент заполнения шпуров;

    

.

4. Выбор типа вруба. Принимаем вертикальный клиновой вруб с шестью врубовыми шпурами.

    Определение расстояния между зарядами врубовых шпуров сходящихся на клин (м) 

                                                                          (34)

где т^’ – коэффициент, учитывающий расстояние между зарядами во врубовых шпурах, 0,7÷0,9;

Р_шп. – вместимость 1 м шпура, кг/м:

                           

                                (35)

          d₀ – диаметр уплотненного в шпуре патрона ВВ, 0,038 м;

      

    

    Определим расстояние между устьями врубовых шпуров и вертикальной осью выработки (м), по длине шпуров

                                                                             (36)

      где К_з.шп. – коэффициент заполнения шпура, 0,7÷0,75;

в^’ – минимальное расстояние между забоями сходящихся шпуров, м;

    

    Определение расстояний между оконтуривающими  и отбойными шпурами (м)

                                                                             (37)

    где т^’ – коэффициент, сближения зарядов, 1;

    

5. Определение длины шпуров.

 

    Определение длины заходки

                                                        (38)

    Определение подвигания забоя в сутки

                                                        (39)