Определение площади поперечного сечения горной выработки

Определение площади  поперечного сечения  горной выработки.

   Горные выработки  являются элементами, из которых  состоит технологическая схема,  т. е. непосредственно шахта.  Поэтому умение  правильно   определить  главный  параметр  горной  выработки – площадь  поперечного сечения в свету  –   важнейший навык  для   горного инженера. Методика  определения   площади  поперечного сечения  основана на требованиях одного  из основных нормативных  документов  угольной  промышленности  РФ  –  правил безопасности в  угольных шахтах  ПБ 618-05-03 (ПБ).

Для  того,  чтобы  определить площадь по-перечного сечения Sсв необходимо предварительно получить три  значения  площади  (по  каждому  из  факторов).  Сокращенно  назовем  эти площади следующим образом:

1. Sсв.в – по воздуху;
2. Sсв.тр – по габаритам транспортных средств; 
3. Sсв.мин – минимально допустимое значение. 

 

  Из вышесказанного  следует, что исходные данные  для рас-чета  площади  поперечного  сечения  горной  выработки   должны содержать информацию: 

  – о количестве  воздуха, которое будет проходить  при ее эксплуатации (для определения  Sсв.в);

  – о предполагаемых  к использованию при эксплуатации  выработки транспортных средств  (для определения Sсв.тр);

  – собственно название  горной выработки, площадь поперечного   сечения  которой  необходимо  определить  (для  определения  Sсв.мин).

1)Расчетная площадь поперечного  сечения выработки в свету  проверяется по допустимой скорости  движения по ней необходимого  количества воздуха по формуле:         

где: Q – количество воздуха, проходящего при эксплуатации выработки,  Q=4680 м³/мин.

V- максимальная скорость движения воздуха по выработке по ПБ, V=8м/с.

 

 м²

 

2)Расчет по минимально  допустимым зазорам производится  в соответствии с требованиями  ПБ [2] с учетом габаритов транспортного  оборудования, которое будет установлено  в выработке при эксплуатации.

 

Ширина выработки в  свету определяется по формуле:

 

где m – зазор между  крепью (бортом) и транспортным средством, мм; A1 и A2 – ширина

транспортных  средств,  мм;  p  –  зазор  между транспортными  средствами,  мм;  n  – 

ширина прохода для  людей, мм; Bp – минимальная ширина выработки в свету, мм.

B_p=400+1630+400+1300+700=4430

3) Определение S_св.тр:

Для арочной выработки  значение S_св.тр. находится по таблице, опираясь на значение «B_p»  (в соответствии с требованиям п. 118 ПБ).

S_{св.тр .}= 14,5 м²

 

4) Определение S_св.мин:

Значение S_св.мин для горных выработок согласно п. 118 ПБ

S_св.мин = 9 м²

 

5) Выбор максимального  значения S_св.р:

Выбирается максимальное значение из S_св.в, S_св.тр, S_{св.мин ;}

S_св.р= S_св.тр= 14,5 м²

 

6) Выбор типового значения

S_св = 14,5 м²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7)Изображение горной выработки:

 

Расчет арочной  крепи

Поэтапно выполнение раздела  выглядит следующим образом:

1. Построение расчетной схемы.

2. Определение средневзвешенного сопротивления сжатию

слоев пород.

3. Определение смещений пород на контуре выработки.

4. Определение расчетной нагрузки на крепь.

5. Расчет шага установки крепи.

1. Построение расчетной схемы

Строим  контур  выработки. Определяем максимальную ширину выработки b. Она равна 5340 мм. Выработка залегает по пророде. Поэтому отмечаем отрезок  АВ=1,5b=8010мм.

2. Определение  средневзвешенного  сопротивления  сжатию слоев пород.

Коэффициент крепости равен 5,1.

R_ci.=R·k_c

R – значение сопротивления пород одноосному сжатию в образце.

k_c – коэффициент , учитывающий нарушенность массива пород

R=10·f,   k_c=0,76

R_{c 1.}= МПа

 

 

 

3. Определение смещений пород на контуре выработки.

U_{р кр}=U_{т кр}·k_α·k_ш·k_в

U_{т кр} – типовое смещение кровли, определяемое по графикам.

k_α – коэффициент влияния угла залегания пород и направления проходки выработки относительно напластовывания пород, k_ш – коэффициент влияния ширины выработки, k_в – коэффициент воздействия других выработок.

k_α=1 (для полевых горизонтальных выработок, табличное значение); 

k_ш=0,2·(b-1)     

k_ш=0,2·(5,340- 1)=0,87

 k_в=1(для одиночных выработок принимают 1);      

H = 280 м

=50 мм(по графику); =50·1·0,87·1=43,5 мм

4. Определение расчетной нагрузки на крепь

Расчетную нагрузку Р на 1м выработки со стороны кровли определяют по формуле:

Р=Р^н·k_пр·b      

Р^н – нормативная удельная нагрузка, кПа, k_пр – коэффициент влияния способа проведения выработок, b – ширина выработки в проходке,м.

Р^н =44; k_пр =1(при БВР); b=5,340м

Р= 44·1·5,340=234,96 kH/m

5. Расчет шага установки крепи

Расстояние между арками q определяется:

q =       

N - сопротивление в податливом режиме(зависит от СВП); N = 190 кН (СВП-22)

q_{= ;}  Шаг установки крепи 0,8м.

 

Определение основных параметров  буровзрывных работ  при проведении горной выработки.

Основными параметрами этого  способа являются:

 – глубина шпуров;

 – число шпуров;

 – масса заряда  на одну заходку; 

 – схема расположения  шпуров в забое.

 

Определение удельного расхода  ВВ:

Удельный  расход ВВ  на  1 м³ обуренной породы  определяем по формуле

 

где q – удельный расход ВВ, кг/м³; – коэффициент крепости поро-

ды по шкале М. М. Протодьяконова (указан в задании);  – коэф-

фициент  структуры  породы;  – коэффициент зажима  породы; 

– коэффициент работоспособности  применяемого ВВ.

(в работе выбираем  из промежутка от 1,1 до 1,3)

 

 

   

 

 

Определение количества шпуров:

 

Расчетное количество шпуров N в забое определяем по формуле:

 

где  η  –  коэффициент  использования  шпуров  (к.и.ш.),  принимают равным 0,85-0,95; d – диаметр  патрона ВВ, м (принимают d = 0,036 м); k₃ – коэффициент заполнения шпура (0,68-0,72); Δ – плотность ВВ в заряде, кг/м³ (у предохранительных ВВ 1000-1150 кг/м3).

 

 

k₃=0,7

Δ=1100

 

 

Разделение шпуров на группы:

 

  Все шпуры  разделяются   на  врубовые,  отбойные  и   оконтуривающие.

Для  оптимального  распределения  шпуров воспользуемся следующей  методикой.

Необходимо определить:

  –  количество врубовых  шпуров N_вр;

  –  количество отбойных  шпуров N_от;

  –  количество оконтуривающих  шпуров N_ок.

  Количество  врубовых  шпуров  принимаем  в  зависимости   от 

общего количества шпуров: 

  – N_вр = 4 при N < 30; 

  – N_вр = 6 при 30 ≤ N < 48;

  – N_вр = 8 при 48 ≤ N < 60; 

  Тогда количество  отбойных и оконтуривающих шпуров:

    N_от+ N_ок= N- N_вр

  Полученное число распределяем следующим образом:

   N_от: N_ок =2:3

   N_вр=4

   N_от=10

   N_ок=14

    N_ок.кон.=1 (на канавку)

 

Определение глубины шпуров:

 

  Глубина шпуров  l_ш является одним из основных технологических параметров,  определяющих  общий объем работ и скорость проведения  горной  выработки. Глубина шпуров может быть определена по различным формулам или принята на основании практических данных.

 

 

-величина заходки

 

Определение предварительной  массы заряда:

 

 

  Определение скорректированной  массы заряда:

  Скорректированная масса   заряда Q  это такое количество ВВ, которое будет непосредственно размещено в шпурах. Промышленные ВВ для угольных шахт выпускаются в патронах определенной массы и длины  . Для шахт,  опасных по  газу и пыли, патроны предохранительных ВВ  выпускают массой по 0,2 и 0,3 кг, длиной соответственно 180 и 250 мм ( = 0,2 кг, = 0,18 м или = 0,3 кг, = 0,25 м), диаметром 36 мм.

 

 

 

  Массы q_вр, q_от, q_ок заряда определяются на основе средней массы заряда в шпуре q_ср:

 кг

 

 

 

  Число патронов в  шпурах определим по формулам:

 

 

 

Скорректированная масса  заряда на одну заходку составит:

кг

 

Расчёт проветривания  выработки

Для проветривания людского ходка  в момент проходки будем использовать  нагнетательный способ проветривания, при котором свежий воздух подается из сквозной выработки в тупиковую  по вентиляционным трубам. В месте  установки ВМП имеется резервный  вентилятор такого же типа с резервным  питанием. При обнаружении недостаточного проветривания, при скоплении метана 1% и более необходимо снять напряжение в забое, вывести людей на свежую струю воздуха, выставить посты  и сообщить начальнику смены или  диспетчеру. Отставание вентиляционной трубы от забоя допускается не более 8 м.

Расчет необходимого количества воздуха (расхода) Q_зп для шахт Кузбасса определяется по следующим факторам: газ выделяющийся при БВР, минимальной скорости движения воздуха и по числу одновременно находящихся в выработке людей.

Расчёт будем вести для вентиляционного  трубопровода, длиной 300 м.

Определение расхода воздуха по выделению метана не подсчитываем так  как выработка полевая.

Определение  расхода  воздуха  по  газам,  образующимся при взрывных работах:

 

где Q_{зп г} – расход воздуха по газам, образующимся при взрывных работах, м³/мин; Т – время проветривания забоя после взрыва по ПБ, мин; S_cв – площадь сечения выработки в свету, м²;  l_п – проектная длина выработки,  м;  К_обв – коэффициент,  учитывающий обводненность выработки (0,6–0,8);  k_ут.тр – коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе (согласно  табл.  7.19 [11]); V_в.в – объем вредных газов,  образующихся  после взрывания, л.

 

где Q – масса взрывчатого вещества на одну заходку, кг; I_в.в – газовость взрывчатого вещества,  л/кг  (при взрывании по  породе принимается 40 л, а по углю 100 л на 1 кг взрывчатого вещества).

 

 

T=17 мин

 

 

==397,38 м³/мин

Расход воздуха по числу  людей:

Расход по минимальной  скорости движения воздуха:

где: V_min – минимально допустимая скорость движения воздуха по выработке,  V_min = 0,25 м/мин;

S_св – площадь поперечного сечения выработки в свету,  S_св =14,5 м²

Определение требуемой производительности и давления ВМП, выбор ВМП:

Из полученных расчётных значений Q_зп выбираем большее, на основе которого определяем требуемую производительность ВМП:

                              

где: Q_зп – необходимое количество воздуха для проветривания выработки, 

К_ут – коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе, К_ут=1,08.

    Давление вентилятора, работающего на гибкий вентиляционный трубопровод (депрессия трубопровода), определяется по формуле:

- давление вентилятора, даПа; - производительность ВМП, м³/сек; - аэродинамическое сопротивление гибкого вентиляционного трубопровода без утечек воздуха, кμ (μ- мюрг); - коэффициент утечек воздуха в вентиляционном трубопроводе.