Водосборник в шахте

Содержание 

       Введение…………………………………………………………………………………………………………….... 2 

1. Выбор и обоснование  формы, и расчет размеров поперечного сечения камеры водосборника…………………………………………………………………………………………3
2. Расчет устойчивости пород и нагрузок на крепь……………………………………5
3. Выбор и расчет крепи……………………………………………………………………………………...8
4. Выбор и обоснование способа проведения выработки……………………………..11
5. Выбор горнопроходческого оборудования……………………………………………………12
6. Буровзрывные работы: составление паспорта БВР………………………………….14
7. Проветривание выработки………………………………………………………………………………17
8. Погрузка и транспортирование породы………………………………………………………18
9. Водоотлив при проведении выработки……………………………………………………….19
10. Вспомогательные работы……………………………………………………………………………….23
11. Организация труда………………………………………………………………………………………….24
12. Технико-экономические показатели……………………………………………………………26
13. Мероприятия по технике безопасности…………………………………………………….29
14. Мероприятия по охране окружающей среды……………………………………………..32

   Список  используемой литературы……………………………………………………………….36

 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

       Введение

     Комплекс  мероприятий, осуществляемый на руднике  для предупреждения затопления горных выработок подземными или поверхностными водами путем откачки шахтных  вод, называется рудничным водоотливом.

     Устройства  для водоотлива располагаются в  районе околоствольного двора и  состоят из двух основных частей: водосборников  и насосных камер.

     Вода  из горных выработок шахты поступает  в водосборник.

     Водосборник является резервуаром, где вода теряет приносимые мелкие частицы пород  и поступает осветленной к  насосным установкам.

     Водосборник состоит из двух выработок. Нормально  в работе находятся обе части, а во время чистки – одна часть.

     Каждая  ветвь водосборника имеет сообщение  с выработками околоствольного  двора и колодцем насосной камеры.

     Вода  в водосборнике должна иметь небольшую  скорость движения, обеспечивающую выпадение  из нее взвешенных частиц.

     Вместимость водосборника рассчитывают на нормальный приток воды в шахте в течение 4 часов.

     Сечение водосборника принимается как площадь  сечения однопутевой выработки, но не менее 4.5 м² с бетонным креплением. И располагают на 2.5-3 м ниже отметки пола насосной камеры. По направлению к насосной камере водосборник проходит с небольшим подъемом для осветления воды.

     Очистку воды от шлама производят не реже двух раз в год. 
 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      
 

1. Выбор и обоснование формы и расчет размеров

поперечного сечения водосборника

             В процессе эксплуатации горных выработок необходимо, чтобы  они соответствовали безопасно-допустимым зазорам и габаритам используемого  оборудования для исключения аварий, простоев и т.д. Для этого необходимо осуществить правильный выбор площади  поперечного сечения выработки  и её формы.

      Основными факторами, от которых зависят формы и размеры поперечного сечения выработки являются: физико-механические свойства горных пород, назначение выработки и срок её службы; вид и конструкция крепи; число рельсовых путей; величина и направление горного давления; размеры и габариты применяемого оборудования; глубина заложения и величина бокового распора. Форма горизонтальной выработки (квершлаг, штрек, штольня, орт) может быть прямоугольной, трапециевидной, прямоугольно-сводчатой, арочной, угол наклона зависит от применяемого транспорта, при электровозном транспорте i=0.003-0. Выбор формы определяется интенсивностью горного давления и, как следствие, принятым видом крепи.

      Сводчатая форма более благоприятна с точки  зрения её устойчивости, рационального  использования крепи, её несущей  способности и перераспределения  воспринимающих его нагрузок.

      В соответствии с данными условиями (срок службы выработки - 20 лет; коэффициент крепости пород f=14) форма поперечного сечения водосборника принимается сводчатая с коробовым сводом, что обеспечит необходимую устойчивость в случае проявления горного давления на весь срок ее службы.

      Размеры водосборника принимаем исходя из данных типовых проектов. Ширину водосборника в свету принимаем 4000 мм, высоту выработки до пяты свода 1820 мм, длину выработки – прямая часть – 44,0 м, наклонная часть – 9,5 м.

      Определим площадь поперечного сечения выработки:

1. В свету:                

     

     где: В₁ – ширина выработки в свету,

          h₁ – высота выработки от почвы до пяты свода,  

2. Вчерне( с учетом крепи):

                   

                 где: В₁ – ширина выработки вчерне,

          h₁ – высота выработки от почвы до пяты свода,  

3. Скорость движения воздуха в выработке:

                                                      
где: – максимальное количество воздуха в выработке, м³

4. Радиусы осевой и боковой дуг в проходке:

     R=0.695•B₁ = 0.695•4100=2850 мм    

     r=0.262•B₁  =0.262•4100=1075 мм    

     Радиусы осевой и боковой дуг в свету:

      R=0.695•B = 0.695•4000=2560 мм    

     r=0.262•B =   0.262•4000=970 мм   

5. Высота выработки в проходке:

      _H0=h₁+h₀=1820+1330=3150      

     где:  – высота свода, мм;

            – высота стенки выработки от почвы, мм.

     H₀=B/3=4000/3=1330 мм

6. Определим периметр выработки вчерне:

       Р = 2h₁+2.33B₁=2•1820+2.33•4100=13493 м         

7. Определим периметр выработки в свету:

     Р = 2h+2.33B=2•1820+2.33•4000=12960 м           

       2. Расчет устойчивости пород и  нагрузок на крепь

      В земной коре вышележащие слои пород  своей массой давят на нижележащие, а последние сопротивляются этому давлению. Таким образом, в нетронутом горными работами массиве эти силы находятся в равновесии, а породы в напряженном состоянии.

             Напряженное состояние  нетронутого массива, созданное  гравитационными силами, является исходным силовым полем, в значительной степени  предопределяющим поведение пород  в обнажении при проведении горных выработок.

       

             При проведении горных выработок естественное равновесное  состояние массива нарушается, происходит перераспределение напряжений вокруг горной выработки. Последние могут  превзойти предел прочности пород, произойдут их разрушение и смещение. Смещения могут быть настолько велики, что плотность пород будет нарушена, появятся расслоения, трещины, а в дальнейшем и обрушения.

             Горным давлением  называются напряжения, возникающие  в массиве горных пород вокруг обнажения, под действием гравитационных и тектонических сил, вызывая  деформацию горных пород и их разрушение.

       

             Горное давление вокруг выработки связано с перераспределением напряжений при её проведении и зависит  от целого ряда естественных и горнотехнических факторов. К естественным факторам относятся глубина разработки, структура и физико-механические свойства горных пород, угол падения и мощность залежей полезного ископаемого. К горнотехническим факторам относятся форма, размеры и расположение горных выработок, механическая характеристика крепи, скорость продвигания и время поддержания выработки.

             Горное давление может  сопровождаться горными ударами, выбросами, стрелянием горных пород и микроударами. Эти явления характерны для крепких пород, обладающих свойством накапливать в себе большой запас потенциальной энергии, и разрушается мгновенно, подобно взрывам.

       

             Для зоны разрушения пород  характерны постепенное уменьшение степени их разрешения и увеличение напряжений в направлении от контура  выработки вглубь массива. Эту зону принято называть областью пониженных напряжений, или областью неупругих  деформаций. Вследствие образования  области неупругих деформаций на её границе происходит новое перераспределение  напряжений. За её пределами возникает  область повышенных напряжений, или  область опорного давления, которое  дальше вверх постепенно переходит  в область, в которой напряжения соответствуют первоначальным напряжениям. Горные породы лучше всего сопротивляются сжатию. Поэтому, если кровле выработки придать сводчатую форму, при которой породы в основном работают на сжатие, то этим будет обеспечена большая её устойчивость.

      1. Предел прочности массива на длительное сжатие:

            R_сж=G_сж×k_с×x, МПа        (3)  где: G_сж - предел прочности пород на одноосное сжатие, МПа

            k_с - коэффициент структурного ослабления, k_с = 0.8   

            x - коэффициент прочности массива, x = 0.7

                  G_сж=f×10, Мпа        (4)  где:   f - коэффициент крепости пород,  f=14

            G_сж=14×10=140 МПа

            R_сж=140×0,8×0,7=78,4 МПа

2. Предел прочности массива на длительное растяжение:

        R_р=G_р× k_с ×x, МПа        (5)

где:    G_р - предел прочности пород на растяжение, МПа

            G_р=0.1×G_сж, Мпа        (6)

            G_р=0.1×140=14 МПа

            R_р=14×0.8×0.7=7,8 МПа

3. Определим угол внутреннего трения пород

                    ,   =39⁰17'  (7)  На контуре выработки в массиве упругих пород вне зоны влияния очистных работ, пустот, трещин, горное давление оценивается величиной максимальных сжимающих для боков и минимальных растягивающих напряжений в кровле выработки.

      4. Определим максимально сжимающие напряжения для боков выработки:

             , МПа       (8) где:  К₁ - коэффициент концентрации сжимающих напряжений, К₁=2;

      g - средняя плотность пород, g=2,8 т/м³=2800 кг/м³;

       Н - глубина заложения горной выработки по проекту, Н=800 м

            

5. Определим минимально растягивающие напряжения в кровле выработки:

             (9)

где: К₂-коэффициент концентрации растягивающих напряжений, К₂=0,4

      h -  коэффициент бокового распора, h=0.35

      

6. Определим запас прочности пород боков выработки:

                    (10)

7. Определим запас прочности пород кровли выработки.

                    (11)           

    Кровля  и бока выработки относительно устойчивые, но требуется крепь.  

       3 Выбор и расчет крепи

             Для поддержания горных выработок в устойчивом состоянии  применяют горные крепи, под которыми понимаются искусственно сооружаемые  конструкции в горных выработках, которые предназначены для исключения их обрушения.

             На правильный выбор  типа и материала крепи оказывает  влияние следующие факторы: глубина  заложения выработки, срок службы и  назначение выработки; прочность и  деформация вмещающих пород; форма  и размеры поперечного сечения; физико-механические свойства горных пород; влияние очистных работ; величина и направление горного давления и главных напряжений; активность шахтных вод.

       

             Горные крепи должны обеспечивать высокую прочность  и устойчивость горной выработке  на весь срок её службы; не мешать выполнению производственных процессов; быть несложной, нетрудоемкой и экономичной в  процессе её возведения.

             Для крепления горных выработок применяют дерево, металл, железобетон, естественные и искусственные  камни. В качестве вяжущих веществ применяют цемент различных марок.

     Рассчитываем параметр устойчивости массива:

     

                (12)  

    В типовых паспортах крепления  горных выработок на руднике при  устойчивых породах и при значении параметра устойчивости  более 0,1 выработка должна крепиться. Рекомендована  набрызг-бетонная крепь, анкерная и  их комбинация.

    Рассчитаем  параметры горного давления.

    1. Высота свода естественного равновесия:

                    (13)

      При значительном сроке службы выработки  рекомендуется высоту свода естественного  равновесия определять по формуле:

    

где: а – полупролет свода обрушения, м

      f – коэффициент крепости пород

               (14)

            

    2. Боковое давление у кровли  выработки:

    

              (15)

      3. Боковое давление у почвы выработки:

 (16)

      Курсовым  проектом для поддержания выработанного  пространства принимаем набрызг-бетонную крепь. Бетон марки 300.

      Определим толщину набрызг-бетонной крепи  в своде.

                (17)

где: К_т- коэффициент, зависящий от типа крепи, К_т=0,035

      а – шаг крепи для выработки, принимаем 1 м

      q – горное давление, Мпа

      R_р – расчетное сопротивление растяжению, 7,8 МПа

              (18)

      

      Толщину постоянной крепи с учетом возможного развития горного давления необходимо увеличить на 30%.

      

      Курсовым  проектом на проведение и крепление  водосборника принимается толщина  свода выработки равная 50 мм.

      Толщину стенок принимаем равную толщине  свода выработки.

      Набрызгбетон представляет собой смесь цемента, заполнителей (крупные фракции до 25 мм) и воды, которую наносят на кровлю и стенки горной выработки методом набрызга с применением специальных машин, после чего она схватывается и твердеет.

      Набрызгбетонный слой обладает высокой прочностью и хорошим сцеплением с породами. Покрытие набрызгом выполняет не только защитную функцию, но служит и несущей конструкцией. Прочность затвердевшего бетона составляет 25-40 Мпа. Прочность набрызгбетонной крепи зависит от правильности приготовления бетонной смеси. Набрызгбетонную смесь приготовляют из тех же материалов, что и обычный бетон. Для создания необходимой толщины набрызг-бетонного покрытия торкретирование иногда ведут в несколько слоев. Через 3-4 ч после возведения набрызг-бетонной крепи в забое можно вести взрывные работы. Толщина набрызг-бетона, наносимого за один раз, составляет 5-7 см на стенках и 3-5 см на своде выработки; за несколько приемов (обычно 2-3) толщина набрызг-бетона не превышает 15-20 см. слои наносятся через каждые 10 минут.

      Для возведения крепи применяют специальную  установку -  торкрет-пушку СБ-67Б. производительность установки по сухой  смеси 4,5 м³/час, расход сжатого воздуха при давлении 5 ат 10 м³/час. Установка имеет пневматический двигатель мощностью 7,36 кВт.

      Расчет  состава бетона.

      Состав  бетона определяется соотношением 1:Ц:П. Это соотношение указывает, что на одну весовую (объемную) часть вяжущего вещества взято Ц весовых частей песка и П весовых частей щебня или гравия. Для крепления применяем бетон состава 1:2:5.

      Отношение объема бетонной массы к сумме  объемов составных частей называется выходом бетона. Выход бетона составляет 0,7. Объемный вес цемента 1300 кг/м³. Объемный вес наполнителей 2000 кг/м³.

      Определим количество составляющих бетона:

      - цемента:     (19)

      - породной мелочи:   (20)

      - гравия:     (21)

      Определим количество составляющих в кг для приготовления 1м³ бетонной смеси:

      - цемент=1300х0,179=233 кг

      - породная мелочь=2000х0,358=716 кг

      - гравий=2000х0,895=1790 кг

      Определим количество воды, необходимое для  затворения бетона. Водоцементное отношение принимаем равное В/Ц=0,4

      В=0,4хЦ=0,4х233=93,2 л

      Определим расход бетона. При толщине крепи 50 мм количество бетона на один погонный метр составит:

      Q=Рхd=13,5х0,05=2,025 м²       (22)

      Общее количество бетона на протяженность  участков закрепляемой выработки:

      Q_об=QхL_в=2,025х53,5=108,3 м³       (23) 

       4. Выбор и обоснование способа  проведения выработки

       

      Исходя  из горно-геологических и горнотехнических условий на Шерегешском руднике, применяют буровзрывной способ проведения горных выработок. Сущность буровзрывного способа проведения горных выработок заключается в том, что отбойка руды или породы в забое осуществляется энергией взрыва, которая образуется при взрывании зарядов ВВ помещенных в искусственных цилиндрических углублениях (шпурах, скважинах). При правильном ведении буровзрывных работ обеспечивается: точно соответствующая проекту форма и размеры поперечного сечения горной выработки; равномерное мелкое дробление руды, отсутствие разбросанности ее по всей длине, что обеспечивает удобную и производительную уборку и погрузку; ровную поверхность после взрыва; высокий  КИШ,  от которого зависит скорость проведения горной выработки. Буровзрывной способ включает в себя: бурение шпуров; заряжание и взрывание ВВ в шпурах; проветривание и проведение забоя в безопасное состояние; и другие вспомогательные процессы. Производство буровзрывных работ в забоях производится в соответствии с паспортом БВР при строгом соблюдении ЕПБ при взрывных работах.

       5. Выбор проходческого оборудования

    Бурение шпуров при проведении водосборника осуществляется бурильной установкой УПБ-1 с перфоратором ПП-54. Так как  выработка имеет ширину, позволяющую  вместить несколько установок, применяем  две установки.

    Бурильная переносная установка УПБ-1 является ударно-поворотной бурильной машиной. Диаметр шпуров 40 мм.

    Опережающая скважина буриться буровым агрегатом  НКР-100М, Ø скважины 105 мм

    Таблица «Техническая характеристика УПБ-1»

Высота  установки, мм	1800-2400
Диаметр шпуров, мм	36-40
Глубина бурения, м	2.2
Усиление подачи, кгс	140
Величина  подачи, мм	1300
Масса, кг	98-102
Давление  воздуха, кгс/см2	5
Расход  воздуха, м3/мин	не более 5
Мощность  перфоратора, л.с.	3.1
Число ударов в минуту	2300-2500

     Таблица «Техническая характеристика бурового станка НКР-100М»

Техническая производительность при крепости пород  f 12-14, м/ч, не менее	2.2
Условный  диаметр скважины, мм	105
Глубина бурения, м, не менее	50
Вид энергии	пневмоэлектрический
Расход  сжатого воздуха, м3/мин	18.8
Удельный  расход электроэнергии, кВт ч/м3	2518,4
Г абаритные размеры, мм, не более Длина Ширина Высота	2000 872 1800
Диаметр рукава для подвода воды, мм	18
Рабочее давление воды, атм	10-12
Масса, кг	650 50