Проектирование поперечного сечения горных выработок

Министерство образования  и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

 

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

Кафедра строительства горных сооружений и подземных предприятий

 

 

Расчётно-графическая  работа № 1

 

 

Тема: «Проектирование поперечного сечения горных выработок»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  гр. ГГ-12-2                                                                    Котов А.А.

 

Проверил:         доцент                                                                                   Шубин.А.А.

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

 

Оглавление

1. Введение...........................................................................................................................3

2. Описание вида горной  выработки..................................................................................4

3. Тип крепи и ее  характеристика......................................................................................5

4. Определение основных  параметров выработки...........................................................7

5. Расчет размеров сечения  выработки..............................................................................8

6. Характеристика выработки  и крепи............................................................................11

7. Список используемой  литературы...............................................................................13 

Введение

В данном расчетно-графическом  задании  представлен расчет  поперечного сечения горной выработки. Основной целью  задания является  теоретическое и аналитическое ознакомление с дальнейшим видом деятельности  в области шахтного и подземного строительства. 
    В результате  выполнения расчетного задания было проведено закрепление теоретического материала, полученного на лекциях и практических занятиях. В  ходе данных занятий был освящен материал по выбору формы и размеров поперечного сечения горных выработок, по габаритам транспортного и технологического оборудования, с учетом требований, удовлетворяющих  правилам безопасности, а также строительным  нормам и правилам по проектированию формы и площади поперечного сечения.

   В проектировании  и строительстве  горнодобывающих  предприятий определение формы и размеров поперечного сечения выработок является одним из базовых этапов, непосредственно влияющим на стоимость и продолжительность  строительства. Ввиду этого, умение владеть навыками оперативного  и грамотного нахождения  решений задач в области технологий, экономики, организации строительства  подземного комплекса  горных предприятий является обязательным аспектом специального образования горного инженера. Поэтому данная работа закладывает базовую основу в освоении и изучении  специальности «Шахтное и подземное строительство». Навыки, полученные при выполнении задания, будут использоваться и в дальнейшем по специальным дисциплинам. 

Описание вида горной выработки

Штрек - горизонтальная (с углом наклона не более 3°) подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, лежащая в горизонтальной плоскости. Штрек может быть проведён по полезным ископаемым или по породам, служит для проветривания и транспорта.

Различают полевой (пройденный по вмещающим породам), вентиляционный, конвейерный, основной, промежуточный, откаточный, параллельный, групповой  Штреки.

Проведение Штрека осуществляется сплошным забоем (без разделения работ  по выемке полезных ископаемых и породы) или уступным (сложным) забоем с раздельной выемкой полезных ископаемых и породы. При раздельной выемке угля и породы Штрек проводят узким или широким забоем. В первом случае ширина забоя по углю равна проектной ширине выработки; во втором случае — превышает ширину выработки на величину, необходимую для размещения в образовавшемся пространстве (раскоске) породы от подрывки. Проведение Штрека узким забоем менее трудоёмко, существует возможность достижения высоких темпов проходческих работ за счёт их механизации. При проведении Штрека широким забоем осуществляется попутная добыча угля, порода от подрывки остаётся в раскоске. Недостаток способа — усложнение организации и механизации проходческих работ и условий поддержания выработки. 
Форма поперечного сечения Штрека определяется физико-механическими свойствами пород, величиной и направлением горного давления и принятой конструкцией крепи. Для Штрека наиболее типичны трапециевидная и арочная формы поперечного сечения. Размеры его диктуют габариты транспортного оборудования и требования правил безопасности.

Вентиляционный  штрек - штрек, предназначающийся для обеспечения поступления свежего воздуха в подземные выработки и не имеющий большого значения для транспортировки добытой породы из забоев; как правило, достаточно просторный. 

 

Тип крепи и  ее характеристика

НАБРЫЗГ-БЕТОН - искусственный материал (бетон), состоящий из смеси цемента, песка, гравия или щебня и, как правило, добавок - ускорителей схватывания и твердения, и получаемый нанесением этой смеси безопалубочным методом. Получил распространение в горном деле и подземном строительстве как один из основных материалов для крепления и гидроизоляции выработок, ремонта тоннельных обделок.

Применяется в широком  диапазоне горно-геологических условий  в виде самостоятельной конструкции (в скальных и плотных глинистых грунтах с коэффициентом крепости f>4), а также в сочетании с анкерами или арками с покрытием непосредственно по породе или по сетке, используемой в качестве затяжки (при f=2-4).  
Первое сообщение о возможности получения бетонного покрытия безопалубочным способом было сделано в 1910 в Нью-Йорке на ежегодном съезде потребителей цемента Д. Л. Прентиссом. Им же в 1914 набрызг-бетон был использован для крепления подземных выработок. В России набрызг-бетон впервые применён в 1916. Создание в 1942 в Швейцарии машин для нанесения смеси с наполнителем крупностью до 30 мм и разработка эффективных ускорителей схватывания и твердения смеси способствовали широкому использованию набрызг-бетона для возведения как временной, так и постоянной крепи подземных выработок.

В технической литературе часто употребляются другие названия набрызг-бетона: торкретбетон, шприц-бетон, пневмобетон. Под этими материалами принято понимать искусственные смеси, применяемые для создания тонких изолирующих покрытий толщиной до 3 см с использованием мелких наполнителей (до 5 мм), в то время как из собственно набрызг-бетона возводятся грузонесущие конструкции крепи толщиной до 15 см и более с использованием наполнителя крупностью до 25 мм.

Различают т.н. сухой (наиболее распространённый) и мокрый способы  нанесения набрызг-бетонных покрытий. При сухом способе в специальную машину загружают сухую смесь, выдуваемую сжатым воздухом по шлангу в сопло, перед вылетом смесь смешивается с водой, подводимой к соплу по другому шлангу; при мокром — готовая смесь, загружаемая в герметически закрытый резервуар, наносится на поверхность под действием сжатого воздуха. Состав сухой смеси для набрызг-бетона (% по массе): цемента и песка — 54-58, наполнителя с размерами зёрен от 5 до 10 мм — 24-27, то же от 10 до 20-25 мм — 18-19. На 1 м³ сухой смеси в зависимости от требуемой марки расходуется от 250 до 350 кг цемента при водоцементном отношении от 0,35 до 0,45. Набрызг-бетон обладает более высокими по сравнению с обычным бетоном прочностными свойствами (в 2,75 раза на сжатие, в 1,5 раза на растяжение). Сцепление покрытия с породой 1,5-2,5, с бетоном 1-1,8, с арматурой 2,5-4,5 МПа. Для повышения прочности материала на растяжение в бетонную смесь вводят армирующие элементы в виде стальных обрезков или стеклянных волокон длиной 15-25 мм. Вместе с грунтом набрызг-бетон способен образовывать единую грузонесущую систему. Он также имеет высокую степень водо- и газонепроницаемости, обладает возможностью полной механизации процесса крепления и совмещения его с другими горнопроходческими операциями. Недостатки набрызг-бетона при традиционном (сухом) способе нанесения: высокая запылённость, потери материала при "отскоке" (до 30%), повышенный расход цемента и др. Для устранения этих недостатков шире внедряют мокрый способ набрызг-бетонирования, установки с дистанционно управляемыми соплами.

 

Определение основных параметров выработки

1) Исходные  данные:

• выработка – Вентиляционный штрек;
• форма поперечного сечения выработки – Прямоугольная сводчатая форма;
• оборудование выработки – 1 путь.

2) Выбор  габаритов транспортного оборудования ( по справочным материалам):

Минимальный размер площади  поперечного сечения в свету  для вентиляционных штреков – не менее 3 м² , при высоте в свету не менее 1,8 м.

Размеры поперечного сечения  выработки прямоугольной сводчатой  формы определяются в следующей последовательности: ширина выработки на высоте верхней кромки вагонетки – высота головки рельс от почвы до выработки – высота выработки от почвы, балластного слоя и головки рельсов – ширина выработки по кровле и почве – размеры выработки вчерне с учетом толщины крепи в кровле и в боках – площадь поперечного сечения в свету и вчерне.

3) Техническая характеристика шахтного электровоза и вагонетки:

Табл. 1. Характеристика электровоза

Название	Скорость движения, км/ч	Сцепной вес, кН	Тяговое усилие, кН	Мощность двигателей, кВт	Жесткая база, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм
4КР1	5,5	40	10	21,4	900	3120	1300	1515

 

Табл. 2. Характеристика вагонетки

Название	Вместимость кузова, м3	Грузоподъемность, т	Колея, мм	Жесткая база, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Масса, кг
ВГ-1,4	1,4	2,5	600	650	2400	850	1230	674

 

С вагонетками данного  типа будем применять рельсы Р-24. Шпалы железно-бетонные, укладывают на устроенном полотне с последующей балластировкой на 2/3 толщины.

Табл. 3. Параметры рельсового пути

Тип рельса	H, мм	h, мм	c, мм	d, мм	B, мм	L, мм
P-24	350	160	190	107	1600	1400

 

Расчет размеров сечения выработки

В горизонтальных выработках с набрызг-бетонной крепью оборудованных  рельсовыми путями, зазоры между крепью и путем должны составлять не менее 0,7 м, между подвижным составом и крепью – не менее 200 мм.

1) Ширина  однопутной выработки в свету:

B = m+A+n

B = 250+700+1300 = 2250 мм., где m - зазор между подвижным составом и крепью, А - ширина подвижного состава (принимают ширину электровоза), n- ширина прохода для людей на уровне верхней кромки подвижного состава.

2) Высота  стенки выработки от головки  рельсов:

h₁ = 1800-h_a

h₁ = 1800-160 = 1640 мм., где h_a - высота от балластного слоя до головки рельса (в таблице №3 - h).

3) Высота  от почвы выработки до головки  рельсов:

h_в = h_а+h_б

h_в = 160+190 = 350 мм., где h_б - высота балластного слоя (в таблице №3 - с)

4) Высота  стенки выработки от балласа:

h₂ =  h₁+h_a

h₂ = 1640+160 = 1800 мм

5) Высота  стенки выработки от почвы:

h₃ =  h₂+h_б

h₃ = 1800+190 = 1990 мм

6) Высота коробового свода при коэффициенте крепости пород f<12:

h₀ = B/3

h₀ = 2250/3 = 750 мм

7) Проектная  высота выработки в проходке  при наличии крепи (δ больше либо равно 50 мм):

H₀ = h₃+h₀+δ

H₀ = 1990+750+50 = 2790 мм., где δ - толщина набрызг-бетона

8) Проектная высота выработки в проходке без крепи:

H₀ = h₃+h₀

H₀ = 1990+750 = 2740 мм

9) Радиус  осевой дуги коробового свода при коэффициенте крепости пород f<12:

R = 0,692B

R = 0,692*2250 = 1557 мм

10) Радиус  боковой дуги коробового свода при коэффициенте крепости пород f<12:

r = 0,262B

r = 0,262*2250 = 585,5 мм

11) Площадь  поперечного сечения выработки  в свету при коэффициенте крепости пород f<12:

S_св = B(h₂+0,26B)

S_св = 2,25 (1,8+0,26*2,25) = 5,36 м²

12) Ширина выработки при наличии крепи:

B₁ = B+2δ

B₁ = 2250+2*50 = 2350 мм

13) Проектная  площадь выработки в черне при f<12:

S_вч = B₁(h₃+0,26B₁)

S_вч = 2,35(1,99+0,26*2,35) = 6,11 м²

14) Проектный  периметр выработки в проходке  в черне:

P_вч = 2h₃=2,33B₁

P_вч = 2*1,99+2,33*2,35 = 9,46 м

15) Проектный  периметр выработки в свету:

P_св = 2h₂+2,33B

P_св = 2*1,8+2,33*2,25 = 8,84 м

 

Расчёт максимального  количество воздуха постигаемого в  выработку:

Скорость движения воздуха  определяется по формуле :

V = Q/Sсв, где Qmax - максимальное количество воздуха, проходящее по выработке (для вент. штреков ~ 8 м³/с), отсюда:

Q = V*Sсв

Q = 8*5,36 = 42,88 м³/c

Водоотливные  канавки:

Приток воды примем 200 м³/ч, отсюда по табличным данным:

Табл. 4. Площадь сечения  водоотливной канавки