Для открытых горно-разведочных выработок обосновать способ проходки, применяемое оборудование и в соответствии с углом естественного откоса горных пород выбрать и обосновать форму и размеры поперечного сечения с учётом проектной глубины выработки.
Для подземных горно-разведочных выработок обосновать способ проходки и соответствующее горнопроходческое оборудование, выбрать и обосновать форму и размеры поперечного сечения выработки в свету.
В зависимости от физико-механических свойств горных пород, а также исходя из габаритов транспортного и технологического оборудования (электровозов, вагонеток, погрузочных машин) с учётом величин зазоров, предусмотренными правилами безопасности (ПБ) при геологоразведочных работах, определяются размеры поперечного сечения горных выработок в свету. Размеры выработок в проходке определяются с учётом толщины крепи и затяжек, а также высоты путевого устройства (балласт, шпала, рельсы).
Горные выработки могут проводиться с креплением и без крепления. В качестве крепёжного материала применяют дерево, бетон, железобетон, металл и другие материалы. Форма сечения может быть: прямоугольная, трапециевидная, сводчатая, круглая, эллиптическая.
Горизонтальные и наклонные разведочные выработки имеют, как правило, малый срок службы, поэтому основным видом крепи является дерево, форма сечения – трапециевидная. При проходке без крепления форма сечения – прямоугольно-сводчатая.
Для трапециевидной формы сечения выработки с рельсовым транспортом (рис. 1 ) расчёт площади поперечного сечения выработки рекомендуется вести в следующей последовательности.
По габаритам (ширине и высоте) применяемого электровоза или вагонетки (при ручной откатке) определяют ширину однопутной выработки в свету на уровне кромки подвижного состава:
B = m + A + n`
и ширину двухпутной выработки:
B = m + 2A + p +n`
m – размер зазора на уровне кромки подвижного состава, мм (принимается равным 200 – 250мм );
p – зазор между составами, мм (200мм );
n` - размер прохода для людей на уровне кромки подвижного состава, мм :
n` = n + * ctg ;
n – размер прохода на высоте 1800мм от уровня балластного слоя, равный не менее 700мм ;
h – высота электровоза (вагонетки) от головки рельса, мм ;
h a - высота верхнего строения пути от балластного слоя до головки рельса, равная 160мм ;
83 0 – угол наклона стоек, принятый по ГОСТ 22940-85 для разведочных выработок.
Высота выработки от головки рельса до верхняка в случае применения контактных электровозов (до осадки крепи):
h 1 = h кп. + 200 + 100 ,
h кп. – высота подвески контактного провода (не менее 1800мм );
200мм – зазор между контактным проводом и крепью;
100мм – величина возможной осадки крепи под действием горного давления.
При других видах транспорта высота h 1 определяется графическим построением с учётом зазора C между транспортным оборудованием и вентиляционным трубопроводом: при транспортировании аккумуляторными электровозами 250мм , при ручной откатке – 200мм .
При транспортировании аккумуляторным электровозом:
h 1 = h + d т + 250 + 100 ,
где h – высота электровоза, мм ;
d т - диаметр вентиляционного трубопровода, мм .
Высота h 1 в общем случае не должна быть меньше высоты погрузочной машины при поднятом ковше (у ППН-1с эта высота составляет 2250мм ) за вычетом высоты балластного слоя, т. е. h 1 2250мм .
Ширина выработки в свету по балластному слою:
l 2 = B + 2(h + h a) * ctg ;
Ширина выработки в свету по кровле:
l 1 = B – 2(h 1 - h) * ctg ;
Высота выработки от балластного слоя до крепи после осадки:
h 2 = h 1 + h a ;
Площадь поперечного сечения выработки в свету после осадки:
S св = 0, 5(l 1 + l 2) * h 2 ;
Ширина выработки вчерне по кровле (при креплении вразбежку с затяжкой боков):
l 3 = l 1 + 2d ,
где d – диаметр стойки крепи (не менее 160мм ).
Ширина выработки по почве вчерне при креплении вразбежку с затяжкой боков:
l 4 = B +
,
где h в = 320мм – высота от почвы выработки до головки рельса:
h в = h a + h б ,
где h б – высота балластного слоя.
Высота выработки от почвы до крепи (до осадки):
h 3 ` = h 3 + 100 ,
где . h 3 - высота выработки от почвы до верхняка (после осадки).
Высота выработки вчерне до осадки при наличии затяжки:
h 4 ` =h 3 ` + d + 50 ,
где d – диаметр крепёжного леса, мм ;
50мм – толщина затяжки.
Высота выработки после осадки:
h 4 = h 4 ` - 100
Площадь сечения выработки вчерне до осадки:
S 4 = 0, 5(l 3 + l 4) * h 4 `
Вертикальная осадка, равная 100мм , допускается только при деревянной крепи.
В выработках применяют укладку деревянных шпал и настилку пути из рельсов Р24 для вагонеток вместимостью до 2м 3 . При проведении разведочных выработок используют вагонетки ВО-0,8; ВГ-0,7 и ВГ-1,2 вместимостью соответственно 0,8; 0,7; 1,2м . При ручной откатке вагонетками ВО-0,8 и ВГ-0,7 , а также электровозами АК-2у применяют рельсы Р18 . Шпалы укладывают в балластный слой толщиной 160мм , погружая их на 2/3 его толщины.
При прямоугольно-сводчатой форме высота выработки в свету складывается из высоты стенки от уровня балластного слоя и из высоты свода (рис. 2 ).
Высоту выработки вчерне H определяют как высоту в свету плюс толщина крепи в своде при монолитной бетонной крепи или плюс 50мм при набрызг-бетонной, анкерной (штанговой) и комбинированной крепях. Высота стенки от уровня головки рельса до пяты свода h 1 при транспортировании аккумуляторными электровозами определяется в зависимости от высоты электровоза. Высота выработок при транспортировании контактными электровозами должна удовлетворять условиям, при которых обеспечиваются минимальные зазоры между электровозом (вагонеткой) и крепью, а также между токоприёмником и крепью.
Высота вертикальной стенки от уровня тапа до пяты свода h 2 = 1800мм . Высоту свода h 0 принимают в зависимости от коэффициента крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова.
Для монолитной бетонной крепи при коэффициенте крепости f =3:9, h 0 = B/3 .
Для набрызг-бетонной и анкерной крепи и в выработках без крепи f 12 , h 0 =B/3 , а при f 12, h 0 =B/4 .
Кривая тррёхцентрового (коробового) свода образуется тремя дугами: осевой - R и двумя боковыми - r . Радиусы свода в зависимости от его высоты:
| Высота свода | h 0 | B/3 | B/4 |
| Радиус осевой дуги | R | 0,692 | 0,905 |
| Радиус боковой дуги | r | 0,262 | 0,173 |
Проектная ширина выработки B 1 при бетонной крепи состоит из ширины выработки в свету и удвоенной толщины крепи, а при набрызг-бетонной, анкерной и комбинированной крепи – из ширины выработки в свету плюс 100мм .
Ширина однопутной выработки в свету:
B = m + A + n
Ширина двухпутной выработки в свету:
B = m + 2A + p + n ,
где n = 700мм; p = 200мм .
Высота вертикальной стенки выработки от головки рельса:
h 1 = h 2 – h a = 1800 – 160 = 1640мм.
Ширина выработки вчерне при набрызг-бетонной и анкерной крепи:
B 1 = B +2 = B + 100 ,
где = 50мм – толщина крепи, принимаемая при расчёте.
Площадь сечения выработки в свету при высоте свода h 0 = B/3 :
S св. = B (h 2 + 0,26B),
при h 0 = B/4 : S св = В (h 2 + 0,175B) ,
где h 2 = 1800мм – высота вертикальной стенки от уровня трапа (балластного слоя).
Высота стенки от почвы выработки:
h 3 = h 2 + h б = h 1 + h B .
Параметр выработки в свету при h 0 =B/3 :
P B = 2h 2 + 2,33B ,
при h 0 =B/4 : . P B = 2h 2 +2219B
Площадь сечения выработки вчерне при набрызг-бетонной, анкерной, комбинированной крепи при h 0 =B/3 :
S ч. = B 1 (h 3 + 0,26B 1) ,
при h 0 =B/4 : S ч. = B 1 (h 3 + 0,175B 1) .
После определения площади поперечного сечения принимаем по ГОСТ 22940-85 ближайшее стандартное сечение и выписываем его размеры для дальнейших расчётов. По этому стандарту определяют только площадь сечения выработки в свету, а площадь сечения вчерне устанавливают в зависимости от принятой формы сечения, вида и толщины крепи по выше приведённым формулам.
В таблице 1 приведены типовые сечения и базовое оборудование, принятое при расчёте сечения в свету, а также габариты базовых транспортных средств.
Шурфы по глубине условно делятся на мелкие (до 5м ), средние (5 – 10) и глубокие (до 40м ). Глубина шурфов зависит от стадии разведки и геологических условий. В зависимости от физико-механических свойств пород, способа проходки и конструкции крепи, шурфы проходят круглой и прямоугольной формы. С увеличением глубины шурфа площадь поперечного сечения в свету увеличивается. Шурфы глубиной до 10м обычно имеют одно отделение, а при глубине до 20м могут быть с двумя отделениями. Типовыми сечениями (ГОСТ 41-02-206-81) , предусматривается проходка шурфов с площадью поперечного сечения в свету от 0,8 до 4м 3 и геометрические размеры (табл. 2).
Для горизонтальных горно-разведочных выработок установлены две формы поперечных сечений: трапециевидная (Т) и прямоугольносводчатая с коробовым сводом (ПС). На рис. 9-10 показаны типовые сечения горных выработок различной формы.
Различают площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету, в проходке и вчерне. Площадь в свету (S CB) - это площадь, заключенная между крепью выработки и ее почвой, за вычетом площади сечения, которая занята насыпанным на почве выработки балластным слоем (при его наличии).
Площадь в проходке (5 пр) - площадь выработки, какой она получается в процессе проведения до возведения крепи, настилки рельсового пути, устройства балластного слоя и прокладки инженерных коммуникаций (кабелей, воздухо-, водопроводов и пр.). Площадь вчерне (S BH) - площадь выработки, которая получается при расчете (проектная площадь).
Допустимые превышения площади в проходке над проектной (вчерне) приведены в табл. 2.
Таблица 2
Рис. 9.1. Типовое сечение выработок трапециевидной формы с деревянной крепью: а - скреперная доставка породы; б - конвейерная доставка породы; в -ручная откатка породы; г - локомотивная откатка породы; д - двухпутевая выработка с локомотивной откаткой породы
Рис. 10. Типовое сечение выработок с монолитной бетонной крепью с локомотивной откаткой породы: а - однопутевая; б - двухпутевая
Рис. 9.2. Типовое сечение выработок прямоугольно-сводчатой формы без крепления или с анкерным (набрызг-бетонным) креплением: а - скреперная доставка породы; б - конвейерная доставка породы; в -ручная откатка породы; г - локомотивная откатка породы; д - двухпутевая выработка с локомотивной
откаткой породы
Таким образом, площадь сечения выработки в проходке
или, с другой стороны,
Так как S B4 = S CB + S Kр, то расчет площади сечения выработки начинают с расчета в свету, где S Kp - сечение выработки, занимаемое крепью; К п - коэффициент перебора сечения (коэффициент излишка сечения - КИС).
Размеры площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету определяют исходя из условий размещения транспортного оборудования и других устройств с учетом необходимых зазоров, регламентированных Правилами безопасности.
При этом необходимо рассмотреть следующие возможные случаи проведения выработок и расчета сечения:
- 1. Выработка проходится с креплением, и погрузочная машина работает в закрепленной выработке. В этом случае расчет ведут по наибольшим габаритам подвижного состава или погрузочной машины.
- 2. Выработка проходится с креплением, но крепь отстает от забоя более чем на 3 м. В данном случае погрузочная машина работает в незакрепленной части выработки.
При расчете размеров площади сечения по наибольшим габаритам подвижного состава необходимо сделать поверочный расчет (рис. 11):
Расшифровка данных приведена ниже (табл. 5).
3. Выработка проходится без крепления. Тогда размеры сечения рассчитываются по наибольшим габаритам проходческого оборудования или подвижного состава.
Основные размеры подземных транспортных средств стандартизированы с целью типизации сечений выработок, конструкции крепи и проходческого оборудования.
Для выработок трапециевидной формы разработаны типовые сечения с применением сплошной крепи, крепи вразбежку, с затяжкой только кровли и с затяжкой кровли и боков.
Типовые сечения выработок прямоугольно-сводчатой формы предусмотрены без крепи, с анкерной, набрызг-бетонной и комбинированной крепями.
Основные размеры типовых сечений выработок типа Т и ПС даны в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Основные размеры сечений выработок трапециевидной формы (Т)
|
Обозначе- |
Размеры сечения, мм |
Обозначе- |
Размеры сечения, мм |
||||||
|
Площадь сечения в свету, м 2 |
Площадь сечения в свету, м 2 |
||||||||
Таблица 4
Основные размеры сечений выработок прямоугольно-сводчатой
формы (ПС)
|
Обозначение |
Размеры сечения, мм |
Площадь сечения в свету, м 2 |
||||
Рис. 11. Схемы условий работы погрузочной машины в забое: а - в незакрепленном призабойном пространстве; б - в закрепленном призабойном пространстве
Расчетные формулы для определения размеров сечений выработок типов Т и ПС приведены в табл. 5, 6.
Таблица 5
Выработки трапециевидной формы
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
Транспортного оборудования |
Выбирается по каталогам |
||
|
Свободного прохода |
|||
|
От почвы до головки рельс |
h =hi + h p + 1/3 /г шп |
||
|
Балластного слоя (трапа) |
|||
|
Выработки от головки рельса |
Выбираются |
||
|
до верхняка |
в соответствии с ПБ |
||
|
Выработки в свету: |
|||
|
без рельсового пути |
|||
|
при скреперной уборке породы |
|||
|
при конвейерной доставке породы |
h 4 = h + hi |
||
|
при наличии рельсового пути: |
|||
|
без балластного слоя |
h 4 = h + hi |
||
|
с балластным слоем |
h 4 = h + Л3-Л2 |
||
|
Выработки вчерне: |
|||
|
без балластного слоя |
hs = h 4 + d + ti |
||
|
с балластным слоем |
hs = h 4 + hi + d + ti |
||
|
Транспортного оборудования |
Из каталогов оборудования |
||
|
Свободного прохода на высоте h |
Выбираются в соответствии с ПБ |
||
|
Прохода на уровне транспортного оборудования |
|||
|
В свету на уровне транспортного оборудования: |
|||
|
при скреперной уборке |
Ь = В + 2т |
||
|
однопутевой |
Ь = В + т + п |
||
|
двухпутевой |
Ь = 2В + с + т-п |
||
|
Выработки в свету по верхняку: без рельсового пути |
b = b-2{h-H) ctga |
||
|
при наличии рельсового пути |
B=b- 2{hi - H) ctga |
||
|
По подошве: |
|||
|
без рельсового пути |
bi = b + 2 H ctga |
||
|
при наличии рельсового пути без балластного слоя |
Z>2 = 6 + 2(#+/ji)ctga |
||
|
с балластным слоем |
Z>2 = 6 + 2(#+/ji)ctga |
||
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
Выработки вчерне: |
|||
|
верхнего основания |
Ьз = b+ 2 (d + t 2) sina |
||
|
нижнего основания с балластным слоем |
Ьа |
Ьа = Ьз + 2 hs ctga |
|
|
без балластного слоя |
Ьа = b 2 + 2 {d + t 2) sina |
||
|
Между транспортным оборудовани- |
Выбирается согласно ПБ |
||
|
ем и стенкой выработки |
(т > 250 мм, с > 200 мм) |
||
|
Между подвижными составами |
|||
|
Стоек, верхняка из кругляка |
|||
|
Расчетное |
|||
|
Расстояние, мм |
От оси пути (конвейера) до оси выработки: однопутевой |
к = (щ + Ы 2 )-Ы 2 |
|
|
двухпутевой |
к = Ы 2 -(щ+Ы 2 ) |
||
|
Поперечного сечения: в свету |
Р = Ь + 62 + 2Л4/sin a |
||
|
Pi = Ьз + Ьа + 2/г5/sin a |
|||
|
Поперечного сечения: в свету |
S CB = /24(61 + b 2 )l 2 |
||
|
S m = /25(63 + 6 4)/2 |
|||
Таблица 6
Выработки прямоугольно-сводчатой формы
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
при набрызг-бетонной, штанговой и комбинированной крепях |
ho = bl4 |
||
|
при бетонной крепи |
ho = b/2 |
||
|
Выработки в свету: |
|||
|
без рельсового пути: |
|||
|
при скреперной уборке породы |
h 4 = h + ho |
||
|
при конвейерной |
h 4 =h + /?2 + ho |
||
|
при наличии рельсового пути: без балластного слоя |
h 4 = h + /?2 + ho |
||
|
с балластным слоем |
h 4 = h + ho |
||
|
Выработки вчерне |
hs = h + hi + ho +1 |
||
|
Стенки выработки вчерне: |
|||
|
при скреперной уборке породы |
|||
|
с балластным слоем (трапом) |
he = h + hi |
||
|
Транспортного оборудования |
Выбирается по каталогам |
||
|
Выработки в свету: |
|||
|
однопутевой |
b=В + m+n |
||
|
двухпутевой |
b = 2B + c + m + n |
||
|
Выработки вчерне |
bo = b + 2t |
||
|
Осевой дуги свода: |
|||
|
при ho = Ы4 |
R = 0,%5b |
||
|
при ho = Ы 3 |
R = 0,6926 |
||
|
Боковой дуги свода: |
|||
|
при ho = ЫА |
r = 0,1736 |
||
|
при ho = ЫЪ |
r = 0,262b |
||
|
Периметр поперечного выработки, |
|||
|
при ho = ЫА: без балластного слоя |
P = 2he+ 1,219 |
||
|
с балластным слоем при ho = b/3: без балластного слоя |
P = 2h+ 1,219 P = 2he + 1,33 b |
||
|
с балластным слоем |
P = 2h+ 1,33 b |
||
|
Обозначение |
Расчетные формулы |
||
|
Периметр поперечного выработки, |
Вчерне: при ho = Ы4 при ho = Ы 3 |
/>1=2*6+1,19*0 />! = 2*6+1,33 bo |
|
|
Площадь поперечного сечения выработки, м 2 |
|||
|
при ho = ЫА при ho = Ы 3 |
S CB = b(h + 0,15b) S CB = b(h + 0,2b) |
||
|
без крепи или штанговой крепи |
S B4 = b(h 6 +0,n5b) |
||
|
при набрызг-бетонной и комбинированной крепи при бетонной крепи прямоугольной части выработки |
S B4 = bo(h 6 +0,15b) S B ч = S CB + S+ S 2 + S 3 S = 2A 6 /[ |
||
|
сводчатой части выработки |
S 2 = 0,157(1 + Ao/6)(6i 2 -6 2) |
||
|
подпочвенной части крепи |
S 3 |
Si = 2/27/ + hg(t}-t) |
|
|
Размеры подпочвенной части крепи |
Выбираются в зависимости от свойств пород и ширины |
||
|
Высота разделки |
выработки |
||
Все горизонтальные выработки, по которым производится транспортирование грузов, должны иметь на прямолинейных участках зазоры между крепью или размещенным в выработке оборудованием, трубопроводами и наиболее выступающей кромкой габарита подвижного состава не менее 0,7 м {п > 0,7) (свободный проход для людей), а с другой стороны - не менее 0,25 м (т > 0,25) при деревянной, металлической и рамных конструкциях железобетонной и бетонной крепи и 0,2 м - при монолитной бетонной, каменной и железобетонной крепи.
Ширина свободного прохода должна быть выдержана на высоте выработки не менее 1,8 м (h = 1,8).
В выработках с конвейерной доставкой ширина свободного прохода должна быть не менее 0,7 м; с другой стороны - 0,4 м.
Расстояние от верхней плоскости ленты конвейера до верхняка или кровли выработки - не менее 0,5 м, а у натяжных и приводных головок - не менее 0,6 м.
Зазор с между встречными электровозами (вагонетками) по наиболее выступающей кромке - не менее 0,2 м (с > 0,2 м).
В местах сцепки-расцепки вагонеток расстояние от крепи или размещаемого в выработках оборудования и трубопроводов до наиболее выступающей кромки габарита подвижного состава должно быть не менее 0,7 м с обеих сторон выработки.
При откатке контактными электровозами высота подвески контактного провода должна быть не менее 1,8 м от головки рельса. На посадочных и погрузочно-разгрузочных площадках, в местах пересечения выработок с выработками, где имеется контактный провод и по которым передвигаются люди, - не менее 2 м.
В околоствольном дворе - в местах передвижения людей до места посадки - высота подвески не менее 2,2 м, в остальных околоствольных выработках - не менее 2 м от головки рельсов.
В околоствольных дворах, на основных откаточных выработках, в наклонных стволах и уклонах при применении вагонеток емкостью до 2,2 м 3 должны применяться рельсы типа Р-24.
Шахтные рельсовые пути при локомотивной откатке, за исключением выработок с пучащей почвой и со сроком службы менее 2 лет, должны быть уложены на щебеночном или гравийном балласте из крепких пород с толщиной слоя под шпалами не менее 90 мм.
Для горизонтальных горно-разведочных выработок установлены две формы поперечных сечений: трапециевидная (Т), прямоугольно-сводчатая с коробовым сводом (ПС).
Различают площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету, в проходке и вчерне. Площадь в свету (5 СВ) - это площадь, заключенная между крепью выработки и ее почвой, за вычетом площади сечения, которая занята насыпанным на почве выработки балластным слоем.
Площадь в проходке (5 П|)) - площадь выработки, какой она получается в процессе проведения до возведения крепи, настилки рельсового пути и устройства балластного слоя, прокладки инженерных коммуникаций (кабелей, воздухе-, водопроводов и пр.). Площадь вчерне (5 8Ч) - площадь выработки, которая получается при расчете (проектная площадь).
Так как 5 ВЧ = 5 СВ + 5 кр, то расчет площади сечения выработки начинают с расчета в свету, где 5 кр - сечение выработки, занимаемое крепью; Кп„ - коэффициент перебора сечения (коэффициент излишка сечения - КИС).
Размеры площади поперечного сечения горизонтальных выработок в свету определяют исходя из условий размещения транспортного оборудования и других устройств с учетом необходимых зазоров, регламентированных Правилами безопасности.
При этом необходимо рассмотреть следующие возможные случаи проведения выработок и расчета сечения:
1. Выработка проводится с креплением и погрузочная машина работает в закрепленной выработке. В этом случае расчет ведут по наибольшим габаритам подвижного состава или погрузочной машины.
2. Выработка проходится с креплением, но крепь отстает от забоя более чем на 3 м. В данном случае погрузочная машина работает в незакрепленной части выработки.
При расчете размеров площади сечения по наибольшим габаритам подвижного состава необходимо сделать поверочный расчет (рис. 11):
т + В + п">2й + 2*2+ т + В с. + п; Н р + й 3 > Аз + <* + и-
Расшифровка данных приведена ниже.
3. Выработка проходится без крепления. Тогда размерь! сечения рассчиты
ваются по наибольшим габаритам проходческого оборудования или подвижного
состава.
Основные размеры подземных транспортных средств стандартизированы с Целью типизации сечений выработок, конструкции крепи и проходческого оборудования.
Для выработок трапециевидной формы разработаны типовые сечения с применением сплошной крепи, крепи вразбежку, с затяжкой только кровли и с затяжкой кровли и боков.
Типовые сечения выработок прямоугольно-сводчатой формы предусмотрены без крепи, с анкерной, набрызгбетонной и комбинированной крепями
Горное давление
Создание безопасных условий функционирования подземных сооружений -одна из главных задач обеспечения устойчивости горных выработок. Техногенное воздействие горного производства на геологическую среду приводит к новому ее состоянию. (Под геологической средой здесь понимается реальное физическое (геологическое) пространство в пределах земной коры, которое характеризуется определенным комплексом геологических условий - совокупностью некоторых свойств и процессов).
Возникают количественно и качественно новые силовые поля вокруг горио-геологического объекта как части геологической среды, которые проявляются на границе горная выработка - массив пород, т.е. в незначительных пределах массива пород, окружающего выработку.
Силы, возникающие в массиве, окружающем горную выработку, называются горным давлением. Горное давление вокруг выработок связано с перераспределением напряжений при их проведении. Оно проявляется в виде;
1) упругого или упруговязкого смещения пород без их разрушения;
2) вывалообразования (местного или регулярного) в слабых, трещиноватых и
мелкослоистых породах;
3) разрушения и смещения пород (в частности, вывалообразования) под влиянием предельных напряжений в массиве по всему периметру сечения выработки или на отдельных его участках;
4) выдавливания пород в выработку вследствие пластического течения, в частности со стороны почвы (пучение пород).
Различают следующие виды горного давления:
1. Вертикальное - действует по вертикали на крепь, закладочный массив и является следствием давления массы вышележащих пород.
1. Боковое - является частью вертикального давления и зависит от мощности пород, лежащих над выработкой или разрабатываемым пластом, инженерно-геологических характеристик пород.
3. Динамическое - возникает при больших скоростях приложения нагрузок: взрыв, горный удар, внезапное обрушение пород кровли и т.д.
4. Первичное - давление горных пород в момент проведения выработки.
5. Установившееся - давление горных пород после проведения выработки по прошествии некоторого времени и не меняющееся длительный период ее функционирований.
6. Неустановившееся - давление, изменяющееся с течением времени вследствие ведения горных работ, ползучести пород и релаксации напряжений.
7. Статическое - давление горных пород, в котором инерционные силы отсутствуют или весьма малы.
Усложнение условий, в которых осуществляется проведение (подземное строительство) горных выработок (большие глубины разработки, многолетняя мерзлота, высокая сейсмичность, неотектонические явления, ускорение и увеличение объемов техногенного воздействия и пр.), и уровень развития науки позволили создать современные, более приближенные к реальным методы расчета горного давлении.
Возникло новое научное направление - механика подземных сооружений. Это паука о принципах и методах расчета подземных сооружений на прочность, жесткость и устойчивость при статических (горное давление, давление подзем-ных вод, изменение температуры и т.п.) и динамических (взрывные работы, землетрясения) воздействиях. Она разрабатывает методы расчета конструкций крепи.
Механика подземных сооружений возникла в результате развития механики горных пород - науки, изучающей свойства и закономерности изменения напряженно-деформированного состояния пород в окрестности выработки, а также закономерностей взаимодействия пород с крепью горных выработок для создания целесообразных методов управления горным давлением. Механика подземных сооружений оперирует механическими моделями взаимодействия крепи с массивом пород, учитывающими геологическое состояние окружающих выработку пород, и расчетными схемами крепи.
Анализ механических моделей и расчетных схем производится с использованием методов теории упругости, пластичности и ползучести, теории разрушения, гидродинамики, строительной механики, сопротивления материалов, теоретической механики.
Форма сечения горизонтальной горноразведочной выработки зависит в основном от вида горной крепи, применяемой для предохранения выработки от разрушения под действием давления окружающих ее пород и сохранения необходимой площади сечения на весь период разведочных работ. При проведении выработок им придают трапециевидную или прямоугольносводчатую форму сечения. Трапециевидную форму применяют при деревянной крепи и наличии небольшого давления со стороны окружающих пород. Прямоугольно-сводчатую форму применяют при монолитной бетонной, набрызгбетонной, анкерной и комбинированной (анкерной с набрызгбетоном) крепи и в выработках, не имеющих крепи (при прочных устойчивых породах).Различают площади поперечного сечения в свету, вчерне и в проходке. Площадь сечения в свету определяют по размерам выработки до крепи, за вычетом площадей, занимаемых балластным слоем рельсового пути и трапом пешеходной дорожки. Площадь сечения вчерне является проектной площадью (в проходке). Действительная площадь сечения выработки в проходке несколько больше площади сечения вчерне. При проходке необходимо соблюдать, чтобы площадь сечения выработки соответствовала существующим «Нормам превышения сечений горноразведочных выработок в проходке по сравнению с сечениями вчерне при производстве геологоразведочных работ». В зависимости от крепости пород допускается увеличение площади сечения вчерне на коэффициент 1,04-1,12. Большое значение коэффициента соответствует площади поперечного сечения 4 м2 в крепких породах.
Размер поперечного сечения в свету зависит от назначения выработки и определяется габаритами подвижного состава и числом рельсовых путей, шириной конвейера, скрепера или погрузочно-транспортной машины с учетом необходимых зазоров между этими.машинами и крепью, которые регламентированы правилами безопасности. Зазор между подвижным составом и крепью на протяженных участках выработки при рельсовом транспорте составляет не менее 200 мм при монолитной бетонной, анкерной и набрызгбетонной крепи и не менее 250 мм при других видах крепи - металлической податливой и деревянной. Если откатка вагонеток по выработке осуществляется вручную, то при всех видах крепи этот зазор равен 200 мм.
Введение
В период общего экономического склада и инфляций в стране обострились общегосударственные проблемы добычи каменного угля.
Уголь – это основной вид энергетического топлива, а также техническое сырье для коксования и использования в металлургической и химической промышленности для получения жидкого и газообразного топлива.
По запасам каменного угля Россия занимает одно из первых мест в мире, а Кузбасский угольный бассейн – первое место в России по добыче угля.
Перед трудящимися угольной промышленности поставлены задачи по неуклонному росту добычи угля при одновременном снижении его себестоимости, решение которых является непременным условием выживания в сегодняшних экономических условиях.
Для достижения поставленных целей угольная промышленность сосредотачивает свои усилия на следующих направлениях: постоянно работать над вопросами комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, которая создаёт предпосылки для выемки угля без постоянного присутствия людей в очистном забое, что способствует увеличению производительности труда и снижению себестоимости добытого угля.
Дальнейшее увеличение добычи угля тесно связано с темпом проведения подготовительных выработок. Необходимо шире и повсеместно применять системы автоматизированного управления производственными процессами в подготовительных забоях для своевременной и качественной подготовки очистного фронта. Выбор оптимальных технологических схем проведения выработок является непременным условием и высокопроизводительной и безопасной работы в подготовительных забоях, целью данного курсового проекта является разработка паспорта проведения и крепления вентиляционного штрека.
1 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАСТА Бреевского
Глубина отработки пласта 350-490м.
Пласт сложного строения, состоит из3-х угольных пачек, разделенных породными прослоями мощностью от 0,04м до 0,25 м, представленных аргиллитом сильнотрещиноватым, слабой и средней мощности f= 2,5-Общая мощность пласта колеблется в пределах 2,1-2,15 м и при средней мощности 2,12 м.
В пласте встречаются включения «колчеданов», крепостью f= 7-8, вытянутой овальной формы размерами до 2х0,5х0,5, приуроченных к средней части угольного пласта.
Гипсометрия пласта волнистая. Угол падения пласта от 16 0 (у вентиляционного штрека №173) до 0 0 (у монтажной камеры №1732).
Природная газоносность пласта 8-13 м 3 /т.
Крепость угля f= 1,5-2, Сопротивление угля резанию 15 мПа.
По склонности пласта к самовозгоранию относится к III группе неопасных. Опасен по взрывчатости угольной пыли и газа метана.
Пласт представлен блестящим углем с преобладанием компонентов группы витринита. Верхний интервал основной кровли пласта представлен песчаником мелкозернистым, крепким, трещиноватым, мощностью до 12м, f= 6-7.
Нижний интервал основной кровли пласта на мощность до 4м представлен песчаником мелкозернистым, крепким f= 6-7 , аргиллитом слоистым трещиноватым мощностью до 2м, f= 3-4 с угольным прослоем в верхней части мощностью до 1 метра (пласт Надбреевский).
Первичный шаг обрушения основной кровли – 35-40 м отхода лавы от монтажной камеры, последующий – 8-12 м.
Непосредственная кровля пласта представлена аргиллитом темно-серым, слоистым средней крепости, трещиноватым, на мощность до 8 м, f= 3-4. Нижний предел непосредственной кровли на мощность 0,35-0,85 м с учетом «ложной» кровли представлен аргиллитом слабым с прослоями угля мощностью 0,05-0,2 м и склонным к сводчатому обрушению на полную мощность кровли.
Ложная кровля, представлена аргиллитом тёмно-серым, трещиноватым, на мощность 0,30-0,80 м f= 1,5-2.
Непосредственная почва пласта представлена алевролитом мелкозернистым, средней крепости, трещиноватым, мощностью до 8 м, f= 4.
Ложная почва, представлена аргиллитом светло-серым, крепостью f=2. Мощность ложной почвы изменяется от 0,08 до 0,15 м, при средней – 0,10 м. При намокании склонна к пучению.
В тектоническом отношении участок простой, однако не исключена возможность встречи мелкоамплитудных нарушений (до 1,5м).
2.Выбор формы поперечного сечения и типа крепи горной выработки.
В данном проекте рассматривается проведение конвейерной печи, которая предназначена для транспортирования горной массы и пропуска вентиляционной струи. Научным и практическим опытом установлено низкая эффективность арочных и стоечных крепей.
Эти виды крепей не несут предварительной нагрузки, не упрочняют свод выработки, трудоемки в установке, многозатратны, имеют по эффективности небольшую область применения. Более того, временной фактор снижает устойчивость крепи и заметно усложняет работу механизированных крепей при добыче.
В мировой практике широко применяют различные виды анкерных крепей, которые обеспечивают в различной степени упрочнение пород свода горной выработки, тем самым, исключая обрушение пород. Исходя из этого, принимаем анкерное крепление выработки, а форму поперечного сечения прямоугольную.
Определение размеров и площади сечения выработки.
В данном проекте рассматривается проведение вентиляционного штрека, который предназначен для транспортирования горной массы и пропуска вентиляционной струи
Площадь поперечного сечения штрека в свету определяется расчетом по допустимой скорости движения воздушной струи, габаритным размерам подвижного состава с учетом минимально допустимых зазоров, величины осадки крепи после воздействия горного давления. Различают площадь поперечного сечения выработки в свету - это площадь поперечного сечения внутри контура крепи выработки,- площадь поперечного сечения выработки в проходке - это площадь поперечного сечения выработки без учета крепи. Согласно требованиям ПБ минимальная площадь поперечного сечения конвейерного штрека - 6,0 м 2 , минимальная высота - 1,8 м.
Ширина выработки в свету на высоте 1,8 м определяется по формуле
В св = m + A 1 + n м
где: В св - ширина выработки в свету, м.;
A 1 - габарит контейнера монорельса, м
n - зазор между контейнером и крепью с ходовой стороны, м
m- зазор между контейнером и крепью с неходовой стороны, м
В св = 0,3+1,4+0,85=2,95 м
Рис. 1. Поперечное сечение выработки
По полученной ширине выработки принимаем типовое сечение в проходке S св = 13,9 м 2 , S прох = 14,0 м 2 .
Размеры типового сечения сводим в таблицу 2.6.1
Принятую площадь поперечного сечения выработки проверяем по максимально допустимой скорости движения воздуха по формуле:
V = Q/ 60*S св м/сек
где: V- скорость воздуха, проходящая по выработке, м/сек
Q- количество воздуха, проходящего по выработки, м 3 /мин.
V = 4000 /60*13,9= 926,66 м 3 /сек.
Полученная скорость движения воздуха удовлетворяет требованиям ПБ, V min = 0,25 м/сек. V max 4 м/с
Таблица 2.6.1 Размеры поперечного сечения штрека
Расчет крепи.
Выбор материала крепи
Выбор материала крепи производится исходя из назначения срока службы выработки, величины и направления гонного давления, формы поперечного сечения горной выработки, конструкции крепи, требований правил безопасности.
Крепёжные материалы должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать высокой прочностью, быть устойчивым с течением времени, иметь не высокую стоимость, быть не огнеопасными и т.д.
Деревянная рамная крепь применяется при сроке службы до 2 - 3 лет в устойчивых и средней устойчивости породах. Металлическая рамная крепь применяется при сроке службы до 10 - 15 лет в разных горногеологических и горнотехнических условиях.
Монолитная бетонная и железобетонная крепь применяется в капитальных выработках, а сборная железобетонная и тюбинговая крепь - в капитальных и других выработках с большим сроком службы и в разных горногеологических и горнотехнических условиях.
Так как срок службы вентиляционного штрека до трех лет,то в проекте принимаем анкерную крепь
Похожая информация.
Налоги и платежи
