Проходка горных выработок

Выбор и обоснование  технологической схемы проведения выработки

     К основным способам проведения горных выработок относятся буровзрывной, комбайновый и ручной.

   Для проходки выработок  в некрепких породах (до f=5 по шкале Протодьяконова) применяют проходческие комбайны, что подходит для условий данной выработки. Комбайновый способ проведения выработок является более безопасным и эффективным, чем буровзрывной; при этом почти не нарушается целостность окружающих выработку пород.

    При комбайновом  способе проведения выработок  технологические схемы включают  следующие операции: разрушение  забоя и погрузка горной массы,  откатка горной массы, крепление  выработки. При блокировке конвейерных  ставов с перегружателем комбайна  вместо технологических операций  «Разрушение забоя и погрузка  горной массы», а также «Удаление  горной массы» фактически имеет  место одна технологическая операция  «Разрушение забоя, погрузка и  удаление горной массы». На этой  операции используют одну систему  машин (комбайн – конвейер), управляемую  машинистом и его помощником.

    Угол наклона  проводимой выработки оказывает  большое значение на выбор  способа и средств погрузки, транспорта  породы и доставки в забой  вспомогательных грузов. Погрузочные  машины на колесно-рельсовом ходу  можно применять без предохранительных  устройств только в выработках  с углами наклона до 3°, на  гусеничном − до 6°. В выработках с углами наклона свыше 6° необходимо оборудование погрузочных машин специальными предохранительными устройствами для удержания их на уклоне. Электровозную откатку можно использовать только при углах наклона выработки до 3°, ленточные конвейеры с гладкой лентой − до 18°, скребковые конвейеры − до 35°, самоходные транспортные установки на пневмоколесном ходу – до 15°, концевую канатную откатку в вагонетках −

до 25 - 30°. В проводимой выработке  будет применяться скребковый конвейер, в качестве перегружателя угля на ленточный конвейер, который предусмотрен в условиях проекта. Доставка к забою штучных, пакетированных и сыпучих материалов и людей будет осуществляться по ходку, который проводится параллельно бремсбергу и оборудуется концевой откаткой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор вида крепи, формы и размеров поперечного  сечения выработки

     Основными факторами, определяющими форму поперечного сечения выработки, являются физико-механические свойства горных пород, назначение и срок службы выработки, материал крепи, положение выработки в пространстве, размеры поперечного сечения выработки.

    В зависимости  от указанных факторов горные  выработки имеют различные формы  поперечного сечения. В производственной  практике для

горизонтальных и наклонных  выработок наибольшее распространение  получили арочная, трапециевидная, прямоугольная  и сводчатая формы поперечного  сечения. В меньшей степени применяются  круглая, эллиптическая и полигональная  формы.

   Арочная форма  с металлической рамной крепью  применяется при проходке выработок  в породах с коэффициентом  крепости f = 1 ÷ 9, находящихся в зоне установившегося горного давления, а также в зоне влияния очистных работ при отсутствии пучащих пород в почве.

   Достоинство арочной  формы заключается в том, что  по своей конфигурации она  приближается к своду естественного  равновесия, что уменьшает растягивающие  напряжения в кровле и, следовательно,  горное давление. К тому же она является одним из совершенных крепежных материалов, который обладает большой несущей способностью, высокой прочностью, долговечностью, огнестойкостью, значительной деформированностью без потери несущей способности, хорошими конструктивными возможностями, хорошо поддается обработке. Имеет высокие эксплутационные качества. Срок службы 20 – 25 лет.          Металлические крепи применяют в горизонтальных и наклонных выработках с углом падения до 35°. Рамы крепи изготавливают из специального взаимозаменяемого профиля СВП.

  Размеры поперечного сечения горных выработок определяются количеством воздуха, пропускаемого в период её эксплуатации; максимальными размерами транспортных средств, применяемых для транспортирования полезного ископаемого, доставки материалов и оборудования; допустимыми зазорами между наружным размером транспортных средств и внутренней стенкой выработки, предусмотренными правилами безопасности и строительными нормами и правилами по проектированию поперечного сечения.

   Необходимая площадь  поперечного сечения подготовительной  выработки в свету после осадки  по условиям вентиляции:

, где

Q=2750 м³/мин – количество воздуха, проходящего по выработке в период её эксплуатации;

k=0,8 (при конвейерном транспорте) – коэффициент, учитывающий загромождение сечения транспортными средства;

[V_доп]=8м/сек (для капитальных горных выработок) – допустимая по Правилам безопасности скорость движения воздуха по выработке.

 

   Исходя из расчитанной  необходимой площади сечения  выработки в свету после осадки  по условиям вентиляции, по таблицам  типовых сечений выработок принимается  ближайшее большее типовое сечение  выработки.

   Таким образом  выбирается металлическая арочная  податливая трехзвенная крепь  профиля СВП-17.

Параметры сечения  в свету после осадки:

• Площадь сечения выработки S′=7,3 м²
• Ширина выработки по почве B′_н =3,18 м
• Высота выработки от почвы H′_п =2,66 м
• Периметр сечения выработки без балласта Р′=10,3 м

Параметры сечения  в свету до осадки:

• Площадь сечения выработки S=7,9 м²;
• Ширина выработки по почве В_н =3,27 м;
• Высота выработки от почвы Н_п =2,76 м.

Параметры сечений  в проходке:

• Площадь сечения выработки при коэффициенте крепости до 3 – S=9,5м²;
• Ширина выработки по почве при коэффициенте крепости до 3 – B=3,7м;
• Высота выработки от почвы при коэффициенте крепости до 3 – Н=2,97м;
• Периметр сечения выработки без балласта при коэффициенте крепости

до 3 – Р=11,8 м.

Параметры рам  крепи СВП-17:

• Длина стойки – 2,4 м;
• Радиус изгиба стойки – 1,65 м;
• Масса стойки – 41,54 м;
• Длина верхняка – 3,5 м;
• Радиус изгиба верхняка – 1,65 м;
• Масса верхняка – 59,71 кг.

   Проверка сечения бремсберга по габаритам применяемых транспортных средств (конвейерный транспорт) с учетом зазоров, определяемых Правилами безопасности:

   Необходимая ширина  выработки по почве в свету  после осадки при конвейерном  транспорте:

, где

b_к = 1,4 м – ширина ленточного конвейера 1ЛБ100;

b_т = 0,4 м – зазор между крепью и конвейером   при любых видах крепи по правилам безопасности;

b_л = 0,7 м – зазор между габаритом конвейера и крепью, предназначенный для прохода людей;

а_т – дополнительный зазор со стороны конвейера

а_т = 0 при h_кп ≤ h_и

h_кп – высота конвейера от почвы выработки: h_кп = h_к + 0,15

h_к = 0,85 м – высота ленточного конвейера 1ЛБ100 по технической характеристике

h_кп = 0,85 + 0,15 = 1 м

h_и = H_по – R – расстояние от почвы выработки до начала изгиба стоек

H_по = 2,66 м – высота выработки от почвы в свету после осадки

R = 1,65 м – радиус изгиба верхняка

h_и = 2,66 – 1,65 = 1,01 м

h_кп = 1 ≤ h_и = 1,01; значит а_т = 0 
а_л – дополнительный зазор со стороны людского прохода;

,где

r = 1,65 м – радиус изгиба стоек;

h_и = 2,66 – 1,65 = 1,01 м

h_лп = 1,95 м – высота от почвы выработки, на которой по правилам безопасни измеряется ширина людского прохода при отсутствии балласта на почве выработки и расположении людского прохода над водоотливной канавкой.

м

 

Размеры данной выработки  удовлетворяют условиям Правил безопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет паспорта крепления выработки

   В соотвествии  с выбранным видом крепи и  формой сечения рассчитывается  паспорт крепления выработки. 

Расстояние между осями  рам металлической крепи:

 где

Q_н = 170 кН (для СВП-17) – несущая способность рамы крепи;

n_y – коэффициент, учитывающий условия работы крепи. Для металлической крепи его значение 0,7-0,9;

n_н=1,2 – допустимый коэффициент перегрузки;

Р – нагрузка на крепь  выработки;

Для наклонных выработок  с углом наклона до 45° P=P_г*cosα

α = 11° - угол наклона выработки;

 

а = 3,7 м – максимальная ширина выработки в проходке;

= 8 – коэффициент  крепости пород в кровле выработки;

= 2,5 т/м³ – объемный вес пород в кровле выработки.

 МПа

Р=213,91*cos11°=209,98 Мпа

. Ближайшее меньшее  стандартное значение длины межрамной  стяжки . Таким образом, рамы крепи будут устанавливаться в выработке через каждые 0,5 м.

Выбор проходческого  комбайна

   В условиях данной  выработки подходит комбайн ГПСКВ,  так как:

1. Предназначен для проходки горизонтальных и наклонных выработок (наклонная выработка);
2. В породах крепостью ≤ 4 (f = 1,4);
3. Предельный угол наклона выработки при проведении выработки по восстанию 20 °(α = 11°);
4. Площадь сечения выработки в проходке 4,7 – 15 м² (S = 9,5 м²);
5. Высота выработки 1,8-3,6 м (Н = 2,97м);
6. Ширина по почве 2,6 – 4,7 м (B = 3,7 м).

 Технические характеристики  комбайна ГПСКВ:

• Назначение: для проведения горизонтальных и наклонных выработок по углю и смешанному забою;
• Коэффициент крепости пород ≤4;
• Характеристика пород: абразивность до 10 мг;
• Предельный угол наклона выработки при проведении выработки:
• по восстанию 20°,
• по падению 10°;
• Площадь сечения выработки в проходке: 4.7-15.0 м²;
• Размеры сечения выработки в проходке:
• Высота: 1.8-3.6 м,
• Ширина по почве: 2.6-4.7;
• Техническая производительность:
• по углю 1,8 т/мин,
• по породе 1,0 т/мин;
• Тип исполнительного органа избирательного действия;
• Ход телескопа стрелы: 500 мм;
• Мощность электродвигателя исполнительного органа 55 кВт;
• Тип погрузочного устройства: питатель с нагребающими лапами и скребковый подъемно-поворотный конвейер с круглозвенной цепью;
• Фронт погрузки: 2.10, 2.60, 3.10;
• Тип механизма передвижения: гусечный;
• Скорость движения комбайна: 6.6 м/мин;
• Давление комбайна на почву выработки: 0,065 МПа;
• Тип перегружателя: скребковый подъемно-поворотный конвейер с  

      круглозвенной  цепью;

• Система пылеподавления: комбинированная;
• Тип насосной установки: НУМС30;
• Напряжение питания электродвигателей: 380 В, 500 В, 660 В;
• Габариты комбайна:
• Длина (без перегружателя): 10.0 м;
• Ширина (по гусеницам): 1. 60 м;
• Высота (в транспортном положении): 1.5м;
• Ширина с лебедками: 2.23 м;
• Масса комбайна: 20 т.

При проведении выработок  схема работы комбайна ГПСКВ такова:

• комбайн устанавливается по оси выработки и распирается в почву опорным устройством;
• включаются двигатели исполнительного органа и насосной станции, режущий орган направляется в нижний правый или левый угол;
• исполнительный орган с помощью телескопического устройства подается на забой;
• производится внедрение режущего органа, сопровождающееся разрушением забоя на глубину 500 мм;
• производится обработка забоя путем перемещения режущего органа;
• отбитая горная масса захватывается нагребающими элементами питателя и подается на скребковый конвейер с подъемно-поворотной хвостовой частью, позволяющей грузить на различные транспортные средства.

   После обработки  всей площади забоя исполнительный  орган устанавливается в исходное  положение, комбайн гусеничным  ходом продвигается вперед до  контакта режущего органа с  забоем и цикл повторяется.

  Обслуживанием данного  комбайна занимаются два рабочих:  проходчик VI разряда (машинист горных выемочных машин) и проходчик V разряда (помощник машиниста).

Время обработки забоя  комбайном за цикл:

Т_см=360 мин – время смены;

l_ц=1,0 – продвигание забоя за цикл;

K_к – поправочные коэффициенты на норму выработки. При прохождении выработок шириной по почве в проходке более ширины погрузочного органа K_к=0,95; При угле наклона выработки 11-15° K_к=0,90;

Н_к=10,70 м – норма выработки на звено из двух человек.

 

Трудозатраты за цикл:

;

n_к=2 – количество рабочих, обслуживающих комбайн ГПСКВ

 чел.смен,

Труздозатраты на рабочих  будут следующие:

• проходчик VI разряда 0,1105 чел.смен.
• проходчик V разряда 0,1105 чел.смен.