Понятие о горных выработках. Наклонные горные выработки.

Определение площади поперечного сечения горной выработки.

Необходимо определить площадь поперечного сечения в свету S св конвейерного штрека прямоугольной формы с наклонной кровлей. Угол наклона кровли 18º. Штрек будет закреплен анкерной крепью. В выработке будет установлен ленточный конвейер КЛК-1400 и монорельсовая подвесная дорога с шириной подвижного состава 1100 мм. Количество воздуха, проходящего по штреку при эксплуатации, 1120 м3/мин.

2.1.Определение S св в

Определяем, что максимально допустимая скорость движения воздуха в конвейерном штреке V = 8 м/с, тогда

 

S св в

 

= 1120 = 2,3

60 × 8

 

м2.

Построение расчетной схемы.

Минимальная ширина выработки состоит из пяти элементов:

m = 400 мм – величина зазора между крепью и конвейером;

А 1 = 1400 мм – ширина ленточного конвейера КЛК-1400;

p = 400 мм – величина зазора между конвейером и моно- рельсовой дорогой;

А 2 = 1100 мм – ширина монорельсовой надпочвенной дороги;

n = 700 мм – ширина прохода для передвижения людей.

 

 

Расчет минимальной ширины выработки

Подставляем значения из расчетной схемы:

В_р =400+1400+400+1100+700=4000мм.

 

 

2.4.Определение S св тр.

Определим площадь по формуле:

 

S св тр= 0,5 Вр 2 × tgα + h × Bр = 0,5^.4^2.0,32⁰+2^.4=10,6 м²

 

 

2.5.Определение S св мин.

 

Конвейерный штрек S св мин = 6 м².

2.6.Выбор максимального значения S св р.

Получены следующие значения по трем факторам:

S св в = 2,3 м²;

S св тр = 10,6 м²;

S св мин = 6 м².

 

Максимальное из них S св тр. = 10,6 м². Это и будет S св р = S св, так как для выработок с анкерной крепью не применяем типовое сечение.

Изображение горной выработки.

 

Определение параметров анкерной крепи.

 

Необходимо определить параметры анкерной крепи для уклона (В пр = 4050 м, h пр = 2200 мм, L в = 1050 м) со сроком службы 8 лет. Ожидаемое смещение в точке С – 84 мм; в точке D –96 мм. Интенсивная трещиноватость отсутствует. Параллельно проводится выработка, расположенная на расстоянии l = 25 м. Уклон проводится по пласту начиная с глубины 180 м в следующих условиях:

– мощность непосредственной кровли m_нк – 3,4 м;

– коэффициент крепости непосредственной кровли f_нк – 3,1;

– мощность угля m_у – 2,6 м;

– коэффициент крепости угля f_у – 1,3;

– коэффициент крепости основной кровли f_ок – 6,7;

– угол падения пласта – 18 град.

 

 

Построение расчетной схемы и определение типа кровли.

Производим построение контура выработки и откладываем мощности угля и непосредственной кровли. Проводим отрезок АВ на высоту 4050 мм. Мощность непосредственной кровли составляет 3000 мм. Значение 0,3 В пр составляет 4050 мм. Кровля выработки относится к I типу.

 

Определение параметров крепи в кровле выработки.

Так как ожидаемые величины смещения кровли превышают 50 мм, для крепления выработки будут применяться анкеры диаметром 20 мм с двумя ампулами закрепления. Ширина уклона составляет 4050 мм, следовательно, принимаем количество анкеров в ряду n aк = 4 шт. Принимаем несущую способность N aк = 90 кН при длине закрепления 1 м.

Согласно номограмме в точке С (глубина 330 м) при ожидаемом смещении U к = 84 мм сопротивление крепи в кровле Р ак составит 45 кН/м2. Расчетная длина анкера l ак составит 1,8 м. В точке D (глубина 485 м) при ожидаемом смещении U к = 96 мм сопротивление крепи в кровле Р ак составит 50 кН/м2. Расчетная длина анкера l ак составит 1,9 м. Окончательно принимаем длину анкера в кровле на всем протяжении выработки l ак = 2,0 м.

Теперь определяем расчетное расстояние между рядами анкеров в кровле. Участок ЕС (до глубины 330 м):

 

а^р_анк – (4*90)/(45*4)=2 м

 

Участок CD (до глубины 485 м):

 

а^р_анк – (4*90)/(50*4)=1,8 м

 

Проверка расстояния между рядами анкеров в кровле и корректировка в случае необходимости

Необходимо определить минимальную плотность установки крепи в кровле П к. Для этого вначале определяем расчетное сопротивление на сжатие R с: непосредственная кровля R с1 = 10·3,1 = 31 МПа; основная кровля R с2 = 10·6,7 = 67 МПа; K cдля I типа кровли равен 0,9;

 

R c=((31*3,4 + 67*1,05)*0,9)/ 4,05 = 43МПа

 

Такая кровля относится ко второму классу(средней устойчивости), соответственно Пк = 0,7 анк/м2. Тогда максимально допустимое расстояние между рядами анкеров:

 

а max/ анк = 4/ (0,7* 4,05) = 1,4 м

 

Окончательно принимаем расстояние между рядами анкеров в кровле на всем протяжении выработки a анк = 1,4 м.

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы горного дела: учебник / К. Н. Трубецкой, Ю. П. Галченко; под ред. К. Н. Трубецкого. – М.: Академический проект / Рос. гос. геологоразведоч. ун-т, 2010. – 279 с.

2. Городниченко, В. И. Основы горного дела: учебник / В. И. Городниченко, А. П. Дмитриев. – М.: Горная книга, 2008. – 464 с.

3. Основы горного дела / П. В. Егоров [и др.]. – М.: МГГИ, 2002. – 405 с.

4. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618–03).

Сер. 05. Вып. 11 / колл. авт. – М.: Гос. унитар. предприятие

«Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. – 296 с.

5. Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России / М-во топлива и энергетики РФ; Гос. науч.-исслед. ин-т гор. геомеханики и маркшейд. дела; Межотраслевой науч. центр ВНИМИ. – СПб., 2000. – 83 с.

 

 

Понятие о горных выработках. Наклонные горные выработки.

Горная выработка — искусственная полость, сделанная в недрах земли или на поверхности.

Основными классификационными признаками подземных горных выработок считаются их пространственное расположение и назначение.

1 Вертикальные горные выработки.

К вертикальным горным выработкам относят шахтные стволы (в том числе слепые), а также шурфы и гезенки. Эксплуатационные шахтные стволы бывают главные и вспомогательные. Первые служат для подъёма полезного ископаемого на поверхность, вторые подразделяются на вентиляционные (для проветривания), водоотливные (для откачки воды из шахты), закладочные (для спуска соответствующих материалов) и др.

Главные стволы нередко выполняют одновременно несколько функций и различаются по основному назначению. Иногда их именуют по виду подъёмных сосудов – скиповые, клетевые или скипо-клетевые. Если ствол предназначен для выяснения структуры горных пород, то его называют разведочным. Обычно он имеет небольшое поперечное сечение прямоугольной формы.

Шурф – вертикальная (реже крутая) неглубокая горная выработка прямоугольного или квадратного сечения, проходимая непосредственно с поверхности. По назначению различают шурфы эксплуатационные (для вентиляции шахт, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъёма людей), разведочные (для изучения условий залегания, строения и физико-механических характеристик горных пород), экспериментальные (для проведения натурных опытов и испытаний фильтрационной способности пород).

Гезенк – вертикальная или круто-наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и служащая для спуска полезного ископаемого под действие собственного веса (гравитационных сил) или в специальных сосудах (механическим способом).

2 Горизонтальные горные выработки.

К горизонтальным горным выработкам относят штольни, тоннели, квершлаги, штреки, орты, просеки. Горизонтальные горные выработки, как правило, имеют незначительный уклон (0,004-0,005) для облегчения транспортировки и обеспечения стока воды к водосборнику.

Штольня (горизонтальный шахтный ствол) – выработка, пройденная с поверхности и предназначенная для обслуживания горных работ. Как и стволы, штольни подразделяются на разведочные и эксплуатационные (откаточные, вентиляционные и водоотливные).

Тоннель – горизонтальная или наклонная горная выработка, выходящая обоими концами на поверхность (имеет два устья) и служащая для транспортировки груза или пропускания воды, прохода людей. Штольни и тоннели характерны для гористой местности. В угольной промышленности они почти не встречаются.

Квершлаги – горизонтальные (реже наклонные) горные выработки, не имеющие непосредственного выхода на поверхность и проводимые по вмещающим породам перпендикулярно простиранию месторождения. Предназначены для обслуживания горных работ на основных горизонтах (главные) или вспомогательные (горизонтные), а также на участках (участковые), блоках шахтного поля (блоковые) и т.д.

Штреки – горизонтальные (с углом наклона до 30) выработки, пройденные в направлении простирания месторождения или вмещающих пород: если по полезному ископаемому, то их называют пластовыми/рудными, а когда по горному массиву - полевыми. В зависимости от конкретного назначения штреки, как и квершлаги, могут быть главными, вспомогательными, вентиляционными, промежуточными, транспортными, этажными, панельными и т.д.

Просеки проходят по полезному ископаемому в направлении простирания месторождения параллельно штрекам. От последних отличаются гораздо меньшими размерами поперечного сечения и всегда являются вспомогательными выработками. Преимущественно их используют для проветривания и транспортирования грузов.

Орт – выработка между висячим и лежачим боками мощной наклонной или крутой залежи полезного ископаемого. Предназначается для перемещения различных грузов (угля, породы, материалов и т.д.), а также проветривания, прохода людей, монтажа оборудования, подготовки выемочного участка и т.д. Все выработки, пройденные по месторождению (пластовый/рудный штрек, просек, орт), не имеют непосредственного выхода на земную поверхность.

3 Наклонные горные выработки.

К наклонным горным выработкам относят бремсберг, уклон, скат, печь, ходок, лаву, сбойку, а также наклонный ствол, имеющий непосредственный выход на поверхность.

Наклонный ствол отличается от вертикального только своим расположением (под углом к горизонту). В большинстве случаев его (с поперечным сечением прямоугольной формы) проводят по залежи полезного ископаемого.

Бремсберг – выработка, пройденная, как правило, по полезному ископаемому в направлении падения и предназначена для спусков грузов на основной (откаточный) горизонт. Обычно бремсберг оснащен конвейерной установкой, реже – канатной (в вагонетках или скипах). В зависимости от расположения в шахтном поле он носит конкретные наименования - панельный, этажный промежуточный и т. д. Есть также вспомогательные бремсберги, проведенные параллельно основному и служащие для спуска породы, материалов, оборудования, подачи свежего воздуха.

Уклон – горная выработка, используемая для подъёма полезных ископаемых. Его разновидности бывают такие же, как и бремсбергов.

Скат – выработка, предназначенная для спуска различных грузов под действием гравитационных сил. Свои наименования скаты получают по типу спускаемых грузов.

Печь – выработка, проводимая по направлению восстания пласта или залежи непосредственно по полезному ископаемому и служащая для проветривания, транспортирования грузов и передвижения людей. Печь, из которой начинают добычу, называют разрезной. В качестве таковой может быть и просек.

Лава (при добыче угля) - очистная выработка, сооружается по пласту полезного ископаемого для его добычи (как правило, без подрывки боковых пород).

Ходок – горизонтальная или наклонная горная выработка, оборудованная трапами (лестницами) и предназначенная преимущественно для передвижения людей. Большей частью его проводят рядом с уклоном и бремсбергом либо из эксплуатационных штреков в очистные камеры.

Сбойка проводится в процессе вскрытия шахтного поля (его части) между двумя главными выработками (стволами или штольнями, шурфами либо слепыми стволами) и служит, в основном, для проветривания. По этому признаку (прямоточное проветривание в период осуществления работ) на практике сбойками часто называют печи и просеки, соединяющие две близко расположенные выработки.

 

3 Специальные горные выработки.

К специальным горным выработкам относят камеры, скважины, шпуры и ниши, которые могут располагаться под любым углом к горизонту, в том числе горизонтально и вертикально.

Камера – выработка незначительной длины при сравнительно больших поперечных сечениях, не имеющие непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для различных целей: размещение оборудования (насосная, лебедочная и трансформаторная камеры, подстанция, гараж), материалов и инвентаря (запасных частей, ВВ – взрывчатых веществ и т.д.), санитарных служб и др. Камера используется также в качестве очистной или взрывной выработки.

Ниша – углубление в очистном забое или стенке горной выработки, необходимое для вспомогательных целей, в частности для начала выемки, монтажа комбайна и его ремонта. На откаточных горизонтах оборудуются ниши для укрытия людей при движении подземного поезда.

Скважины – выработки (цилиндрической формы, глубиной 5 м и свыше, диаметром более 75 мм), пройденные в горной породе или полезном ископаемом способом бурения. По назначению их различают как разведочные, эксплуатационные, вспомогательные, взрывные, водопонизительные и водяные. Эксплуатационные служат для добычи газов, нефти и растворенных минеральных веществ, взрывные – размещения в них заряда ВВ, две последние – для откачки воды; вспомогательные делят на лесоспускные, вентиляционные, породопропускные, дегазационные, замораживающие, тампонажные и т.д.

Шпур – цилиндрическая полость в горной породе или полезном ископаемом, имеющая глубину и диаметр соответственно до 5 м и 75 мм.24 Предназначается в основном для размещения заряда взрывчатого вещества, используется также для установки анкерной крепи, нагнетания растворов и других целей.

4 Околоствольный двор.

Околоствольный двор – совокупность образующих его горных выработок (по назначению и конструкции составляющих особую, специальную группу), которые служат для соединения шахтного ствола (стволов) со всеми остальными выработками, а также размещения важных производственных служб (электроподстанции, гаража, водоотлива и др.). Основная функция околоствольного двора – обеспечить бесперебойную работу подъёма и очистных выработок.

Это – подземная станция, где осуществляются перевалочные процессы со всеми грузопотоками, и происходит спуск подъём людей. Околоствольные дворы различают по типу подъёмных сосудов (клетевые и скипо-клетевые), количеству въездов (односторонние и двусторонние), расположению выработок (прямолинейные, круговые и тупиковые), числу рельсовых путей в одной выработке (одно-, двух - и многопутевые), по характеру движения составов (кольцевые, челноковые или смешанные). В качестве околоствольных выработок чаще всего используют квершлаги, камеры и полевые штреки.