Процессы очистных работ

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

      Целью данного  курсового проекта является закрепление  и углубление знаний, полученных  во время обучения, приобретение  навыков самостоятельной творческой  работы при решении конкретных  инженерных задач для условий  горного предприятия. Курсовой проект  способствует приобретению навыков  пользования технической, справочной  и научной литературой, нормативными  документами. В ходе выполнения  курсового проекта необходимо  разработать технологию ведения  горных работ в длинном очистном  забое по заданным горно-геологическим  и горнотехническим условиям. В  общем случае необходимо решить  следующие задачи:

- выбор и обоснование  технологической схемы работ;

- выемка полезного ископаемого  в лаве;

- транспортирование добытого  полезного ископаемого в лаве  и перегрузка на транспортную  выработку;

- крепление призабойного  пространства;

-управление кровлей;

- проведение ниш;

- крепление сопряжений;

- проветривание очистного  забоя;

- организация работ.

 

 

 

 

 

 

 

Задание по курсовому проектированию

Система разработки – длинные столбы по падению;

Длина лавы – 110м;

Способ выемки  угля в лаве – струговый;

Мощность пласта – 1,8 м;

Коэффициент крепости угля по шкале проф. М.М.Протодъяконова – 2;

Сопротивляемость угля резанию – 180 кг/см;

Объемный вес угля – 1,4 т/м3;

Угол падения угля – 40;

Коэффициент отжима угля – 0,88;

Мощность пород непосредственной кровли – 9,1м;

Средний объемный вес пород непосредственной кровли – 2,5 т/м3;

Длина зависающей консоли непосредственной кровли–1,1м;

Предел сопротивления вдавливанию пород непосредственной кровли – 5,6 МПа;

Почва пласта имеет предел прочности вдавливанию – 5,6МПа;

Суммарное выделение метана в призабойное пространство, на тонну добываемого угля – 2,5 м3;

(дополнительные  условия прилагаются в задании)

 

 

 

 

 

 

 

Выбор очистного оборудования

В условиях, приведенных в задании на курсовой проект может быть использована только очистная струговая установка УСВ2 [1]

Наименование показателя	УСВ2
Вынимаемая мощность пласта, м минимальная максимальная	0,90 2,00
Высота струга, м	0,665 ;         0.835;        1,005.
Предельный угол падения пласта, град. при работе по падению	До 5
Сопротивляемость угля резанию, кН/м	до 250
Характеристика пород непосредственной кровли	Не ниже средней устойчивости
Скорость движения струга, м/сек	1,52
Толщина стружки, см	до 10
Схема работы струга	Челноковая
Продолжительность концевых операций, отнесенная к 1 м подвигания лавы (мин/м) при крепи сопряжений механизированной индивидуальной	10-17 10-24
Количество электродвигателей струга	2
Мощность одного электродвигателя, кВт	110
Тяговый орган струга	Цепь круглозвенная
Разрывное усилие тяговой цепи, кН	1000
Скорость движения цепи конвейера, м/сек	0,54        0,90
Шаг скребков конвейера, мм	1022
Количество цепей конвейера	2
Тип цепи конвейера	Круглозвенная
Разрывное усилие цепи конвейера, кН	860
Площадь поперечного сечения угля на конвейере (м2) при высоте струга 0,665 м 0,835 м  1,005 м	0,150 0,210 0,250
Количество электродвигателей конвейера	2
Мощность электродвигателя конвейера, кВт	110
Высота конвейера, мм со стороны погрузки с завальной стороны	245 600
Ширина конвейера без навесного оборудования, мм	720
Длина рештака конвейера, м	1,5
Напряжение питания электродвигателей струга и конвейера, В	660
Длина струговой установки в поставке, м	250
Масса струговой установки в поставке, т	214,0
Крепь очистного забоя	Индивидуальная или механизированная 1МК97Д, МК98, М87УМС
Максимальная ширина призабойного пространства (м) при шахматном расположении секций крепи 1МК97Д  МК98 М87УМС   линейном расположении секций крепи 1МК97Д  МК98 М87УМС	4,23 4,42 4,56     4,16 4,30 3,91
Маслостанция	СНУ5Р

 

Проведём проверку возможности применения механизированной крепи[2], входящий в состав очистного комплекса,  в условиях заданных параметров лавы.

Рассмотрим комплекс 1МК97Д, в комплект которого входит механизированная крепь  1КМ97Д ,  2 типоразмер.

Проверка по высоте крепи.

Крепь по высоте удовлетворяет условиям конкретной лавы, если выполняются следующие условия:

Hmax ³ Hнmax и

Hmin £ Hнmin ,  где

Hmax и Hmin – соответственно максимальная и минимальная высота механизированной крепи по технической характеристике, м.

Hнmax и Hнmin – соответственно максимальная и минимальная высота механизированной крепи, необходимая по условиям конкретной лавы, м.

Необходимая по условиям конкретной лавы максимальная и минимальная высота механизированной крепи определяется выражениями:

Hнmax = m – δ ∙ m ∙ lп    и

Hнmin = m – δ ∙ m ∙ (lз + r) – Θ ,  где

m – вынимаемая мощность пласта, м;

δ – коэффициент, учитывающий свойства пород основной кровли. Для легкообрушаемой основной кровли δ = 0,04, для кровли средней обрушаемости δ = 0,025, для труднообрушаемой – δ = 0,015;

lп и lз – соответственно расстояние от забоя до первой и до последней стоек секции механизированной крепи, м. Определяются по [ 1 ];

r – подвигание забоя лавы между двумя передвижками крепи, м;

Θ – запас высоты на разгрузку секции крепи, необходимый для передвижки секции, м, Его значение принимается в пределах от 0,04 до 0,06 м, я принимаю его значение равное 0,06

Hнmax = m – δ ∙ m ∙ lп = 1,8 – 0,04 ∙ 1,8 ∙ 1,4 = 1,70 м.

Hнmin = m – δ ∙ m ∙ (lз + r) – Θ = 1,8 – 0,04 ∙ 1,8 ∙ (2,85 + 0,8) – 0,06 = 1,48 м.

Таким образом, условие:

Hmax ³ Hнmax и Hmin £ Hнmin

не выполняется, данная крепь применяться не может.

Рассмотрим комплекс М87УМС, в комплект которого входит механизированная крепь КМ98УМС, 2 типоразмер.

Проведём проверку возможности применения данной механизированной крепи в условиях нашей лавы.

1. Проверка по высоте крепи [2].

Данные вычисления проведены выше:

Hнmax = 1,63 м.

Hнmin = 1,45 м.

Таким образом, условие:

Hmax ³ Hнmax и Hmin £ Hнmin

выполняется для данной крепи

2. Проверка по силовым нагрузкам [2].

Проверка по силовым нагрузкам предусматривает:

- проверку по нагрузкам на наиболее  нагруженную стойку секции крепи;

- проверку по нагрузке на стойку  при выходе из строя всех  остальных стоек секции механизированной  крепи.

Проверка по нагрузкам на наиболее нагруженную стойку секции крепи.

Крепь по нагрузкам от непосредственной кровли на наиболее нагруженную стойку секции удовлетворяет условиям конкретной лавы, если выполняется условие

R £ Pс , где

R – нагрузка от непосредственной кровли на наиболее нагруженную стойку секции механизированной крепи, МН;

Pс – несущая способность стойки крепи, МН.

Нагрузка от непосредственной кровли на наиболее нагруженную стойку секции механизированной крепи определяется при расположении стоек в секции в два параллельных забою лавы ряда:

, где

γн – средний объемный вес пород непосредственной кровли, т/м3;

hн – мощность пород непосредственной кровли, м;

r – подвигание забоя лавы между двумя передвижками крепи, м;

lз – расстояние от забоя до последней стойки секции механизированной крепи, м.

lк – длина консоли пород непосредственной кровли, зависающей позади секций механизированной крепи, м;

a – шаг установки секций (комплектов) крепи, м.

b12 – расстояние между первым (от забоя лавы) и вторым рядами стоек в секции механизированной крепи, м.

b23 – расстояние между вторым (от забоя лавы) и третьим рядами стоек в секции механизированной крепи, м.

nст – количество стоек в одном ряду секции (комплекта) крепи.

Pн – первоначальный распор стойки, МН.

Длина консоли пород непосредственной кровли, зависающей позади секций механизированной крепи, устанавливается обычно исходя из имеющегося на шахте опыта разработки данного пласта. Если таких данных нет, то длина консоли пород непосредственной кровли, зависающей позади секций механизированной крепи, вычисляется по выражению:

, где

σи – предел сопротивления изгибу пород непосредственной кровли, МПа.

Таким образом, данную проверку крепь не проходит, так как рабочее сопротивление стойки всего 0,78 МН,  поэтому уменьшаю шаг передвижки крепи до 0,5м, тогда:

После уменьшения шага передвижки данную  проверку крепь не подходит.

Рассмотрим комплекс КМС97М, в комплект которого входит механизированная крепь МК98.

Проведём проверку возможности применения данной механизированной крепи в условиях нашей лавы.

1. Проверка по высоте крепи [2].

Данные вычисления проведены выше:

Hнmax = 1,65 м.

Hнmin = 1,44 м.

Таким образом, условие:

Hmax ³ Hнmax и Hmin £ Hнmin

не выполняется для данной крепи

В результате проделанной работы приходим к выводу, что необходимо применить индивидуальную крепь.

Выбор индивидуальной крепи призабойного пространства.

Стойки металлической индивидуальной крепи бывают двух видов: гидравлические стойки и стойки трения. Я выбираю стойки трения, так как они в 4-7 раз дешевле гидравлических стоек крепи призабойного пространства .

Нормативные документы определяют, что при выборе стоечной крепи следует ориентироваться в первую очередь на применение металлической крепи. Деревянную стоечною крепь применяют в тех случаях, когда невозможно применение металлической крепи. Основным препятствием к применению металлической крепи призабойного пространства является угол падения пласта. В частности, применение металлических стоек исключено на крутом и крутонаклонном падении.

Выбор типа и типоразмера металлических стоек крепи призабойного пространства заключается в сопоставлении условий конкретной лавы с технической характеристикой стоек, и проверкой возможных стоек по высоте.

Поэтому для условий конкретной лавы я выбираю индивидуальную металлическую крепь призабойного пространства типа Т,  типоразмер 11Т25, с  одной стойкой под металлический верхняк  ВВ2 .

      Характеристика верхняка ВВ2:

Область применения – пологие и наклонные пласты;

Тип соединения звеньев – шарнирный;

Шаг звена – 1000 мм;

Высота балки – 80 мм;

Ширина балки – 70 мм;

Масса звена – 14,2 кг;

Масса опоры – 13,2 кг.

Производим проверку типа и типоразмера металлических стоек призабойного пространства по высоте

, - минимальная и максимальная высота стойки по технической характеристике, м;

  , - необходимая минимальная и максимальная высота стойки по условиям конкретной лавы, м;

m – вынимаемая мощность пласта, м;

Ксм –коэффициент, учитывающий смятие верхняка (для металлического верхняка Ксм =1);

hв – высота верхняка , м ( для металлического верхняка 0,08 м);

- коэффициент, учитывающий свойства  пород основной кровли (для легкообрушаемой );

l1 – расстояние от забоя лавы до первого ряда стоек крепи призабойного пространства (учитывая ширину конвейера принимаем 1 м);

а – расстояние между осями рядов стоек призабойной крепи, м;

l - шаг посадки кровли (принимаем 1 м)

nпо – число рядов стоек призабойной крепи после посадки кровли;

hн- запас высоты на разгрузку стоек, м

      

       

Как при металлической, так и при деревянной стоечной крепи призабойного пространства параметрами установки крепи, подлежащим определению, являются:

a - расстояние между осями рядов крепи в лаве, м;

b- расстояние между осями стоек в ряду, м.

Определяем а – расстояние между осями стоек в ряду в лаве, b - расстояние между осями рядов стоек крепи в лаве. а – определяем исходя из подвигания забоя лавы за цикл (а =0,5;1;1,5;2r, м),a принимаем 1 м

 м  ,где

P – несущая способность стойки (250), кН;

- мощность пород непосредственной  кровли (9,1), м;

- средний объемный вес пород  непосредственной кровли (2,5), т/м3;

Принимаю b=1м.

Расчёт толщины стружки и производительности струговой установки

Толщина стружки, которая снимается за один проход струга, определяется по двум факторам:  по сопротивляемости угля резанью и по приемной способности конвейера струговой установки[3].

1. Расчет толщины  стружки по сопротивляемости

угля резанью

Толщина стружки ( м) по сопротивляемости угля резанью определяется по выражению:

a, b и c – коэффициенты, зависящие от применяемой струговой установки[2 ]. Принимаю их следующие значения a=14,4, b=0,0024, c=8,10.

A – сопротивляемость угля резанью, КН/м;

Hс – высота струга, м. Значения высоты струга выпускаемых в настоящее время струговых установок определяется по [ 1 ].

2. Расчет толщины  стружки по приемной способности

конвейера струговой установки

Толщина стружки (м) по приемной способности конвейера струговой установки определяется соотношением скорости движения струга и скорости движения цепи конвейера:

- при Vц  < Vс < 2 ∙ Vц          0,9<1,52<1,8

 

В приведенных выше выражениях

Vс – скорость движения струга, м/сек. Определяется по [ 1 ];

Vц – скорость  движения  цепи  конвейера  струговой  установки, м/сек.  Определяется по  [ 1 ];

Sк – площадь поперечного сечения угля на конвейере, м2. Определяется по [1];

m – вынимаемая мощность пласта, м;

kр – коэффициент разрыхления угля.

Коэффициент разрыхления угля определяется:

     kр = γ / γн = 1,4/1,05=1,33  ,  где

γ – плотность (объемный вес) угля в массиве, т/м3;

γн – плотность (объемный вес) угля в насыпном виде, т/м3.

3. Окончательный выбор толщины  стружки

В качестве окончательного значения толщины стружки принимается минимальное из рассчитанных по сопротивляемости угля резанью (h¢с) и по соотношению скорости движения струга и скорости движения цепи конвейера (h¢¢с), т.е.

hc = min {h¢с , h¢¢с}= min {0,058  , 0,42} =0,058 м.

При этом должно выполняться неравенство:

hс £ hтех   0,058£0,1, где

hтех – максимально возможная толщина стружки по технической характеристике струговой установки, м. Приводится в [ 1 ].

4. Расчет производительности  струговой установки

Исходя из производительности заданного условием конвейера 1СР70М, принимаем толщину стружки 0,024.

Минутная производительность струговой установки (т/мин) рассчитывается:

q = 60 ∙ Vс ∙ kн ∙ hс ∙ m ∙ γ  =60*1,52*0,6*0,058*1,8*1,4=8 т/мин, где

kн – коэффициент, учитывающий неполное использование толщины стружки. Его значение принимается в пределах от 0,5 до 0,8, я принимаю его значение равное  0,6.

Определение времени цикла и трудозатрат на струговую выемку.

Время за цикл определяется:

 ,где

r – подвигание забоя лавы за цикл, м (r = 1);

lл –длина лавы, м (lл=110 );

- суммарная длина ниш, м ( );

Vс =1,52 м/сек – скорость движения струга;

- толщина стружки;

t – продолжительность паузы в минутах после одного прохода струга по лаве;

Vц = 0,9 м/сек – скорость движения цепи конвейера струговой установки.

При  Vц < Vс < 2 Vц

Трудозатраты на струговую выемку:

nу – число участков лавы (nу = 6), 1 участок  17 м.

Количество добываемого угля с цикла

,где

с

-коэффициент полноты извлечения угля из забоя (0,95)