Расчёт параметров для проведения подэтажного штрека

Работа из раздела: «Строительство и архитектура»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине Шахтное и подземное строительство

Задание на курсовое проектирование

Параметр	Величина
Производительная мощность рудника, млн.т/год	1
Протяженность выработки, м.	100
Тип выработки	Подэтажный штрек
Глубина заложения выработки, м.	200
Коэффициент крепости пород	8
Абразивность пород, гр.	46
Объемная масса пород налегающей толщи, т/м3.	1,7
Объемная масса пересекаемых пород, т/м3.	1,6
Обводнённость выработки, м3/ч	10

Оглавление

Введение

1. ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК И РАСЧЕТ КРЕПИ

1.1 Области эффективного применения транспортного оборудования

2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ГОРНОЙ КРЕПИ

2.1 Расчет набрызгбетонной крепи

3. ВЫБОР ГОРНОПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

3.1 Выбор буровых машин

3.2 Расчет технологических параметров буровых машин

3.3 Расчёт производительности буровых машин

3.4 Выбор погрузочных машин

4. РАСЧЁТ ОРГАНИЗАЦИИ ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ И КРЕПЛЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК

4.1 РАСЧЕТ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВСЕГО ЦИКЛА

4.2 УСТАНОВЛЕНИЕ СОСТАВА И ОБЪЁМА ВЫПОЛНЯЕМЫХ РАБОТ

4.3 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ МЕХАНИЗИРОВАННОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ

4.4 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЗАРЯЖАНИЯ ШПУРОВ

4.5 Продолжительность выполнения вспомогательных операций

4.6 Продолжительность выполнения подготовительно-заключительных операций

4.7 Продолжительность продувки шпуров

4.8 Продолжительность взрывания шпуров

4.9 Общая продолжительность заряжания шпуров и взрывания

4.10 Продолжительность погрузки горной массы погрузочно-транспортными машинами

4.11 Продолжительность возведения набрызгбетонной крепи

Заключение

Список использованных литературных источников

Введение

Строительство и реконструкция горнодобывающих предприятий, а также подготовка новых блоков, участков и горизонтов на действующих предприятиях требует выполнения большого объёма работ по проведению и креплению горных выработок различного назначения.

Способ проведения горных выработок - это определенная совокупность производственных процессов и операций при проведении горных выработок. Различают две группы способов проведения горных выработок - обычные и специальные. Обычные способы проведения горных выработок применяют при проведении выработок в устойчивых, малообводнённых породах. Специальные способы проведения горных выработок применяют при проведении выработок в сложных условиях: неустойчивых, сыпучих или водообильных породах.

По способу разрушения горных пород различают способы проведения выработок с помощью:

- буровзрывных работ;

- проходческих комбайнов;

- гидромеханизации;

- отбойных молотков.

Буровзрывной способ проведения горных выработок применяют при любой крепости пород. На рудных шахтах этот способ получил наибольшее распространение.

1. ВЫБОР ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ВЫРАБОТОК И РАСЧЕТ КРЕПИ

1.1 Области эффективного применения транспортного оборудования

Зазор между габаритами транспортного оборудования и крепью на прямолинейных участках выработок при автотранспорте должен быть не менее:

200 мм при монолитной бетонной, железобетонной и каменной крепях;

250 мм при деревянной, металлической и рамных конструкциях бетонной и железобетонной крепи.

Ширина пешеходной дорожки должна быть не менее 700 мм на высоте 1800 мм от уровня трапа.

Для рудников с большой производственной мощностью (более 500 тыс. т/год) с доставкой руды самоходным оборудованием расход воздуха может определяться по следующей формуле:

(1.1)

где kо - коэффициент одновременности работы самоходных машин (принимается равным 0,9; 0,85 при одновременной работе соответственно двух, трёх и более машин); n - количество самоходных машин, одновременно работающих в шахте; = 6,8 м3/(мин*кВт) = 5 м3/(мин*л.с) - норма расхода воздуха на 1 кВт (1 л.с.) номинальной мощности дизельного двигателя внутреннего сгорания; Nдв - номинальная мощность двигателя внутреннего сгорания одной самоходной машины, кВт.

МДж/м3; (1.2)

, МДж/м3;

где энергетический коэффициент запаса прочности пород на контуре горной выработки; - удельная энергоёмкость разрушения горного массива при сжатии, ; - удельная потенциальная энергия сил гравитации, МДж/м.

2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ГОРНОЙ КРЕПИ

Предварительно выбрать тип крепи можно по энергетическому коэффициенту запаса прочности пород на контуре горной выработки:

Рекомендации по выбору типа крепи по энергетическому коэффициенту запаса прочности пород на контуре горной выработки приведены в табл. 1. Выбрать тип крепи можно также по условиям её применения по табл. 2.

Таблица 1 - Выбор типа крепи по энергетическому коэффициенту запаса прочности пород

Значение энергетического коэффициента запаса прочности пород	Рекомендации по выбору типа крепи
3 = < < 4	Целесообразно применение комбинированной крепи из анкеров и набрызгбетона или арочной металлической податливой крепи из спецпрофиля

Таблица 2 - Выбор типа крепи по условиям её применения

Условия применения крепи	Вид крепи
Крепкие трещиноватые, легковыветривающиеся породы	Набрызгбетонная

2.1 Расчет набрызгбетонной крепи

Удельная энергоемкость разрушения при отрыве:

, (2.1)

Расстояние от центра выработки до трещины отрыва:

=0,9 , м (2.2)

где r - радиус горной выработки, м (принимается равным половине высоты выработки).

Расстояние от контура выработки до трещины отрыва:

?=, м. (2.3)

Максимально возможная нагрузка на крепь со стороны кровли:

, кПа. (2.4)

Толщина набрызгбетонного покрытия:

, м (2.5)

где -нормативная нагрузка со стороны кровли, кПа; -коэффициент, учитывающий условия работы бетона; -расчётное сопротивление набрызгбетона растяжению, МПа.

Вывод: Для прямоугольно-сводчатого сечения выработки, исходя из расчётов выбрали набрызгбетонную крепь, толщина крепи 0,03м.

3. ВЫБОР ГОРНОПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ЕГО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

При выборе буровых машин на первом этапе, исходя из крепости и абразивности (табл. 3) горного массива, выбирается рациональный способ бурения (табл. 4).

Таблица 3 - Классификация горных пород по абразивности

Абразивность пород	Характерные породы
Класс	Степень	Показатель, мг
VI	Повышенной абразивности	46	Крупнозернистые граниты, кварцевые порфириты

Таблица 4 - Способы бурения и рекомендуемые параметры буровых машин

Способ бурения	Свойства горного массива	Осевое усилие, кН	Частота вращения, с-1	Энергия ударов, Дж Частота ударов, с-1
	коэф-нт крепости	класс абразив-ности
Ударно-поворотный	8	VI	1,1ч2	1ч1,5	30 ч 200 30 ч 50

На втором этапе, принимая во внимание диаметр и длину шпура ( скважины), определяют возможные варианты буровых машин ( табл. 5).

Таблица 5 - Выбор способа бурения, типа бурильных машин и установочных приспособлений

Коэффициент крепости пород	Способ бурения	Тип бурильных машин и установочных приспособлений
8	Ударно-поворотный	Ручные (ПР), переносные (ПП) и телескопные (ПТ) перфораторы, переносные бурильные установки (УПБ-1, ЛПК-1У и др.)

3.1 Выбор буровых машин

При выборе бурильной установки необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. способ бурения бурильной машины должен соответствовать крепости и абразивности пород в обуриваемом забое;

2. размеры зоны бурения должны быть больше или равны высоте и ширине обуриваемого забоя;

3. наибольшая длина шпуров по технической характеристике бурильной машины (установки) должна соответствовать максимальной длине шпуров (по паспорту БВР);

4. ширина бурильной установки не должна превышать ширину применяемых транспортных средств (электровоза, вагонеток, погрузочно-транспортных машин).

Для окончательного выбора конкретной буровой машины используют следующие критерии:

1. лучшие условия безопасности труда бурильщика;

2. более высокий уровень механизации и автоматизации вспомогательных операций;

3. максимальные скорость бурения и сменная производительность;

4. минимальная стоимость бурения.

Выбор бурового инструмента можно производить по табл. 6.

Таблица 6 - Выбор буровых штанг для перфораторного бурения

Диаметр шпура (скважины), мм	Рекомендуемые
	диаметр штанги, мм	тип резьбы
40	32	Круглая

Таблица 7 - Области применения коронок для перфораторного бурения

Диаметр коронки, мм	Энергия удара перфоратора (Дж), до
32ч43	63,74

Для данной выработки выбираем бурильную установку УБШ208-А с бурильной головкой ПК75А.

3.2 Расчет технологических параметров буровых машин

Машины ударно-вращательного бурения с выносными бурильными головками:

Частота вращения бурового инструмента:

(3.1)

Оптимальное осевое усилие:

(3.2)

Начальная механическая (теоретическая) скорость бурения:

(3.3)

Теоретическая скорость бурения шпура (скважины) на глубине L:

(3.4)

Средняя скорость бурения шпура до глубины L:

(3.5)

3.3 Расчёт производительности буровых машин

Техническая производительность бурильной установки:

Техническая производительность переносного (телескопного) перфоратора:

где t - вспомогательное время бурения, отнесенное к 1м шпура, мин.

Эксплуатационная производительность переносного (телескопного) перфоратора:

где -продолжительность смены, ч; -продолжительность подготовительно-заключительных операций, ч; -продолжительность обслуживания рабочего места, ч; -коэффициент, учитывающий время на отдых.

Техническая производительность бурильной установки:

где КГ = 0,9 - коэффициент готовности установки;

R = 2 - количество бурильных машин на установке;

Ко = 0,8 - коэффициент одновременности работы бурильных машин коэффициент одновременности работы бурильных машин.

Vох = 5м/мин - скорость обратного хода бурильной головки;

Тз = 1мин - продолжительность замены коронки ;

В = 30м - стойкость коронки на одну заточку;

Тн = 1мин - продолжительность наведения бурильной головки на очередной шпур;

Тзб = 1мин - продолжительность забуривания шпура;

L = 3м - глубина шпура;

б = 0,04 м-1

Ко принимается в зависимости от их количества

R	1	2	3
К0	1	0,8	0,7

Эксплуатационная производительность бурильной установки:

(3.7)

где Топ - продолжительность простоев по организационным причинам, мин; Тп - время перегона установки из одного в другой забой, мин; m -число шпуров в забое.

3.4 Выбор погрузочных машин

Погрузка горной массы является одним из наиболее трудоёмких процессов проходческого цикла и занимает 30 ч 40 % его продолжительности.

Погрузку и транспортирование породы при проведении выработок могут осуществлять комплексы на базе погрузочно-транспортных машин с грузонесущим кузовом или ковшом типа ПТ и ПД. Для данного типа выработки принимаем погрузочно-транспортную машину ПД-5А. Применение ПТМ позволяет увеличить скорость проведения выработок и повысить производительность труда (так как в этом случае резко сокращается численность рабочих в забое).

Расчёт производительности ковшовых ПТМ

Техническая производительность ПТМ:

(3.8)

Продолжительность цикла работ ПТМ:

3,49+0,326+0,11=3,94 мин (3.9)

Продолжительность цикла наполнения ковша:

мин (3.10)

Продолжительность цикла разгрузки ковша:

, мин (3.11)

Продолжительность рейса ПТМ:

, мин (3.12)

Эксплуатационная производительность ПТМ:

, /смену (3.13)

Вывод: Исходя из расчётов для данной выработки выбираем бурильную установку УБШ208 - А с бурильной головкой ПК75А.

Примем последовательную схему организации работ, т. к. продолжительность цикла равна сумме времени, затрачиваемого на выполнение всех основных процессов с учётом времени на все подготовительно - заключительные операции.

4.1 Расчет продолжительности всего цикла

(4.1)

где tб, tз, tв, tп, tкр, tк - продолжительность соответственно бурения шпуров, их заряжания, взрывания зарядов, погрузки горной массы, крепления выработки, наращивания транспортных и силовых коммуникаций, мин.

мин

Для проектируемого забоя примем недельный режим работы с 5 рабочими днями. Продолжительность рабочей смены примем 7 часов.

4.2 Установление состава и объёма выполняемых работ

В состав работ по строительству горной выработки входят следующие процессы:

· проведение выработки;

· крепление выработки;

· устройство водоотводной канавки;

· прочие работы (навеска вентиляционных труб, устройство сланцевых заслонов и т.п.).

Проведение выработки при буровзрывном способе проведения выработки включает в себя следующие основные и вспомогательные процессы:

· бурение шпуров;

· заряжание шпуров и взрывание зарядов;

· проветривание забоя;

· приведение забоя в безопасное состояние;

· погрузку горной массы и её транспортирование до обменного или перегрузочного пункта;

· установку временной крепи (в случае неустойчивых пород);

Проведение выработки при комбайновом способе проведения выработки включает в себя следующие основные и вспомогательные процессы:

· выемку горной массы и её транспортирование до обменного или перегрузочного пункта;

· осмотр и ремонт комбайна;

· установку временной крепи (в случае неустойчивых пород);

Крепление выработки включает в себя:

· снятие временной крепи (если она предусмотрена);

· возведение постоянной крепи.

Устройство водоотводной канавки включает в себя отбойку и погрузку горной массы и крепление канавки.

Настилка пути включает в себя снятие временных и укладку постоянных рельсовых путей, балластировку пути.

Объёмы работ на цикл по процессам определяются по следующим формулам:

, м (4.2)

,м3 (4.3)

(4.4)

где - объёмы работ соответственно, погрузке горной массы, креплению выработки (рамной крепью), проведению канавки, наращиванию вентиляционных труб; - количество шпуров на забой; - средняя глубина шпуров, м; - площадь поперечного сечения выработки в проходке, ; - КИШ = 0,9; - коэффициент излишка сечения; Lp - шаг установки крепи в выработке, м; - число путей в выработке, шт.

4.3 Продолжительность механизированного бурения шпуров

,мин (4.6)

где - эксплуатационная производительность перфоратора (бурильной установки), м/мин; = 30 ч 45 - продолжительность выполнения подготовительно-заключительных работ, включая разметку шпуров, мин.

Для взрывания шпуров выбираем взрывчатое вещество Гранулит АС-8 и зарядчик ЗП-5.

Продолжительность механизированного заряжания шпуров и взрывания определяется в следующей последовательности:

4.4 Продолжительность заряжания шпуров

(4.7)

где - продолжительность заряжания 1 м шпура, мин; - диаметр шпуров, м; - коэффициент плотности заряжания, ; - коэффициент заполнения шпура; - число зарядчиков зарядной машины; - производительность зарядной машины, шпуров/мин.

4.5 Продолжительность выполнения вспомогательных операций

, мин. (4.8)

где = 1,33 - продолжительность выполнения вспомогательных операции при заряжании одного шпура, мин/шпур.

4.6 Продолжительность выполнения подготовительно-заключительных операций

, мин. (4.9)

где - длина откатки зарядной машины (40м); - скорость движения зарядной машины, м/мин

4.7 Продолжительность продувки шпуров

, мин. (4.10)

где - время продувки одного шпура, (1,5 мин).

4.8 Продолжительность взрывания шпуров

, мин. (4.11)

где - продолжительность отхода взрывника в укрытие, мин.

4.9 Общая продолжительность заряжания шпуров и взрывания

, мин. (4.12)

где - коэффициент, регламентирующий перерыв; - коэффициент организационно-технических неполадок; - продолжительность выполнения подготовительно-заключительных работ.

4.10 Продолжительность погрузки горной массы погрузочно-транспортными машинами

Продолжительность погрузки горной массы погрузочно-транспортными машинами условно разделяют на две фазы. В первой фазе погрузку горной массы (до 90 % общего её объёма) производят без применения ручной подкидки породы. Во второй фазе погрузки производят подкидку оставшейся породы с боков выработки к погрузочной машине и зачистку почвы в призабойном пространстве.

Расчёт продолжительности погрузки горной массы погрузочно-транспортными машинами производится в следующей последовательности.

Чистое время погрузки горной массы:

3+0,36+2,16=5,52, мин. (4.13)

Продолжительность выполнения вспомогательных операций.

(4.14)

Продолжительность погрузки горной массы:

,мин. (4.15)

КРП - коэффициент регламентирующий перерыв; Котн - коэффициент организационно-технических неполадок

4.11 Продолжительность возведения набрызгбетонной крепи

Продолжительность возведения набрызгбетонной крепи определяется в следующей последовательности. Для механизации возведения набрызгбетонной крепи примем тип машины БМ-60.

Продолжительность нанесения набрызгбетона:

,мин. (4.16)

где Ks - коэффициент, учитывающий площадь поперечного сечения выработки (Ks равен 1,17 и 0,97 для выработок соответственно площадью сечения до 10 и свыше ); - толщина слоя набрызгбетона, м; Рн.б - производительность машины для возведения набрызгбетонной крепи, м3/мин.

Продолжительность выполнения вспомогательных операций:

,мин. (4.17)

где - продолжительность выполнения вспомогательных операций, связанных с креплением набрызгбетоном, мин; - продолжительность загрузки бункера, мин.

Продолжительность выполнения подготовительно-заключительных операций:

, мин. (4.18)

где - длина откатки, м; - скорость движения машины для возведения набрызгбетона, м/мин.

Продолжительность возведения набрызгбетонной крепи:

,мин. (4.19)

где Крп - коэффициент, регламентирующий перерыв; Котн - коэффициент организационно-технических неполадок.

Вывод: Рассчитали время всего цикла (соответственно бурения шпуров, их заряжания, взрывания зарядов, погрузки горной массы, крепления выработки, наращивания транспортных и силовых коммуникаций), равное 542 мин.

горнопроходческий буровой крепление выработка

Заключение

Таким образом, рассчитали параметры для проведения подэтажного штрека. Выбрали сечение прямоугольно-сводчатой формы, закрепленной набрызгбетонной крепью. Для проведения выработки приняли буровзрывной способ, с типом ВВ Гранулит АС-8. Для бурения шпуров выбрали УБШ208-А с бурильной головкой ПК75А.

Для погрузки горной массы выбрали погрузочно-транспортные машины ПД-5А. Рассчитали время всего цикла (соответственно бурения шпуров, их заряжания, взрывания зарядов, погрузки горной массы, крепления выработки, наращивания транспортных и силовых коммуникаций), равное 542 мин.

Список использованных литературных источников

1. Горбунов В.И. Проведение и крепление горных выработок. Часть I. Проведение и крепление горизонтальных выработок. Лекции для студентов специальности 130404. Магнитогорск: МТУ. 2010. 114 с.

2. Горбунов В.И. Проведение и крепление горных выработок. Лабораторный практикум для студентов специальности 130404. Магнитогорск: МГТУ. 2006. 98 с.

3. Горбунов В.И. Горнопроходческое оборудование для проведения и крепления горизонтальных и наклонных выработок. Приложения к методическим указаниям по выполнению курсового проекта по дисциплине 'Проведение и крепление горных выработок'. Для студентов специальности 130404. Магнитогорск: МГТУ. 2014. 43 с.