Общие сведения о строительстве выработок

Успешное развитие экономики Украины неразрывно связанно с дальней­шим прогрессом горнодобывающей промышленности.

Введение. Выполнить поставленные перед горной промышленностью зада­чи можно лишь при условии постоянного расширенного воспроизводства шахт­ного фонда путём технического перевооружения, реконструкции, действующих горных предприятий и нового их строительства.

Воспроизводство горных предприятий должно сопровождаться повышени­ем эффективности капитального строительства на основе его всесторонней ин­тенсификации и ускорения достижений научно-технического прогресса в области технологии; переходом на новый качественный уровень проектных работ с помо­щью систем автоматизированного проектирования (САПР), планирования, орга­низации и управления строительством на базе автоматизированных систем (АСУ); созданием условий для безопасного и комфортного труда строителей и охраны окружающей среды.

Капитальным строительством в горно-добывающей промышленности за­нимаются в основном горные инженеры-строители. Для их теоретической под­готовки в учебную программу ВУЗа введён курс «Технология строительства гор­ных выработок».

В связи с тем, что наибольший удельный вес в горно-добывающей про­мышленности занимает угольная, расчёты и передовой опыт строительства при­ведены в основном по этой отрасли.

Изучение данной дисциплины базируется на знаниях основ общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин. Только при этих условиях знания технологии строительства горных выработок будут глубокими и неформальными.

Усвоив курс, студенты, прежде всего должны уметь составить проект про­изводства работ на строительство горной выработки или их комплекса, который полностью отвечал бы сложившимся условиям роботы и при его осуществлении обеспечил высокие технико-экономические показатели, основываясь на новейших достижениях научно-технического прогресса и передового опыта, совершенство­вать управление производством, развивать формы организации и стимулирования труда на принципах самоокупаемости; создавать на рабочих местах шахтострои­телей безопасные и комфортабельные условия труда.

Общие сведения о строительстве выработок

Способы строительства выработок.

Различают обычный и специальные способы строительства горных вырабо­ток.

Обычный способ применяется в устойчивых породах, допускающих обна­жения забоя выработки без специальных методов или устройств для его поддер­жания и обеспечения безопасных условий труда проходчиков.

Специальными способами проводятся выработки в неустойчивых, рыхлых, сыпучих или водообильных породах, когда нельзя обнажить забой без опере­жающей крепи, щита или замораживания (цементации) водоносных пород.

Способ строительства выработки характеризуется технологией ее проведения.

Основными видами технологии отделения пород от массива являются:

· буровзрывная - применяют при f=1-20, когда механический или другие способы невозможны или неэффективны. Площадь сечения не ограничена.

· Механическая - f 6(7, 10). Длина выработки более 200м. Площадь ограни­чена технической характеристикой проходческого комбайна, буровой машины, про­ходческого щита или другого механического агрегата.

· Гидравлическая - f 1,2 (импульсные водомёты применяются и по более крепким породам).

· Ручная с применением обушка, кирки или отбойного молотка – f < l,5. При­менения другого способа невозможно. Длина выработки минимальная.

· Комбинированная - область применения зависит от комбинации исполь­зуемых способов. Возможны сочетания: буровзрывного с ручным, буровзрывного с механическим, механического с гидравлическим и др.

Основной элемент технологии - процесс отделения породы или полезного ископаемого от массива.

Выработки проводят преимущественно полным сечением (сплошным забо­ем) и лишь когда S > 20 30м² забою придадут уступную форму. При устойчивых по­родах кровли забой разделяют обычно на горизонтальные уступы, при неустойчи­вых - на вертикальные уступы.

Продолжительность строительства выработки:

t_с=t_п+t_т.ч.+t_np+t₃, (1.1)

где

t_п - продолжительность этапа подготовительных работ;

t_т.ч - продолжительность строительства технологической части выработки и монтажа оборудования в ней;

t_np- продолжительность проведения выработки ;

t₃- продолжительность этапа заключительных работ.

В состав подготовительных работ входят: прокладка к забою линий снабже­ния сжатым воздухом, связи, освещения, водоснабжения для орошения; обо­рудование подземного транспорта; устройство водоотвода или водоотлива; ус­тановка ВМП и прокладка вентиляционного трубопровода; устройство водяных за­слонов и др. мероприятия в соответствии с действующими ПБ;« подготовка к работе проходческого оборудования по строительству устья, заготовка элементов вре­менной и постоянной крепи. Для наклонной выработки производится дополни­тельное оборудование подземного транспорта лебёдками, предохранительными барьерами.

При обычном способе t_n=0,l 0,5 мес., а при специальных достигает не­скольких месяцев.

Технологическая часть необходима для монтажа оборудования для прове­дения. Её длина 10+50 м.

Продолжительность строительства

где L_т.ч. – длина технологической части выработки, м;

V _т.ч. – скорость проведения технологической части;

t_М – время монтажа проходческого оборудования, м/мес;

При разработке проекта строительства технологической части выработки необходимо стремиться к максимальному использованию оборудования, предназначенного для проведения всей выработки, а также малогабаритного проходческого оборудования(ППМ, скрепер, тельфер).

Целесообразно использовать один вид энергии.

Фазы строительства т.ч.

Продолжительность сооружения технологической части подразделяется на три фазы:

1. уменьшенная (1,2 - 1,5 м) длина шпуров, взрывание в несколько приемов, комбинированная (ручная и механическая) погрузка горной массы, установка камерной рамы и возведение крепи с укороченным шагом, разделка и установка бетонного «утюга». Объём вынимаемой породы. А следовательно и объём укладываемой бетонной смеси составляет примерно 20 м³. Бетон укладывают вначале из вагонетки непосредственно за опалубку, затем из вагонетки на подмостья, а уже оттуда в «утюг». Выработку проводят на 5-6 м.
2. нормальная (до 2-2,5 м) длина шпуров, возведение крепи с нормальным шагом, механическая погрузка горной массы. Длина, на которую проводят выработку в этой фазе, не одинакова для разных выработок. Для горизонтальных она составляет 5-15 м. Для наклонных выработок длина технологической части зависит от технологии и направления проведения. При комбайновой она меньше(10-20 м); при БВР и проведении в направлении сверху вниз 15-25 м, снизу вверх – 20-30 м. Увеличение протяженности оборудования на безопасное расстояние. Продолжительность составляет 0,5-1,5 мес.
3. Демонтаж оборудования для строительства технологической части выработки и монтаж оборудования для проведения.

На этапе строительства технологической части выработки трудоемкость работ выше, чем при проведении в 3-4 раза и составляет 2,0-2,5 чел. – смены/м³.

Продолжительность проведения основной части выработки

где L_В – полная длина выработки, м;

V_пр – скорость проведения выработки, м/мес.

К заключительным работам (t_з) относятся: проведение, а при необходимости расширение части выработки для демонтажа проходческого оборудования, его демонтаж, подготовка выработки к сдаче в эксплуатацию – перестилка и балластировка рельсового пути, установка постоянной конвейерной линии, побелка и осланцевание выработки, ремонт крепи, зачистка и поддирка почвы, снятие вентиляционного трубопровода и др.

Скорость строительства выработки:

Рисунок 1.1 - Схема размещения оборудования при строительстве технологической части выработки.

Фаза 1

Рисунок 1.2 - Схема размещения оборудования при строительстве технологической части выработки.

Фаза 2

Скорость проведения имеет большую величину. При построении кален­дарного плана подготовки выемочного поля определяющим показателем является скорость строительства выработок, лежащих на критическом пути.

Формы и размеры поперечного сечения выработок

Формы: прямоугольная, сводчатая, трапециевидная, подковообразная, круг­лая.

Рисунок 1.3 - Формы сечений горных выработок и направления восприни­маемого горного давления: 1-прямоугольная; 2-трапециевидная; 3-сводчатая; 4-подковообразная; 5-круглая.

Форму поперечного сечения выбирают в зависимости от физико-механических свойств пересекаемых пород, возможного характера проявления и ве­личины горного давления с учётом назначения и срока службы выработки, ма­териала и типа крепи.

Полезная площадь сечения зависит от её формы. В прямоугольных выра­ботках вся площадь полезна. В выработках круглой формы КИС (коэффициент излишка сечения) составляет 1,3.

Размеры выработки в свету устанавливают по ширине на высоте 1800 мм от уровня тротуара или верхней кромки рельса.

В_тр = а+в_эл.+m+в_эл.+c+2(1800-h_эл.)ctgα (1.6)

Рисунок 1.4 - Схема для определения Втр

Зазоры по ПБ составляют:

0,2 м- между гладкостенной крепью и электровозом;

0,25м- между рамной крепью и электровозом;

0,4 м- между крепью и конвейером, или конвейером и электровозом; 0,2 м- между электровозами;

0,7 м- зазор для прохода людей.

После определения размеров поперечного сечения, обосновывают её форму. Пло­щадь вчерне определяют с учётом толщины крепи и затяжки, площади балластного слоя, водоотливной канавки и фундамента (для бетонной крепи).

В выработках, закреплённых податливой крепью, важно правильно устано­вить запас на осадку, что может обеспечить её безремонтное поддержание на весь срок службы.

На газовых шахтах принятое сечение проверяют на скорость движения воз­духа по формуле:

где

к=1,45 - коэффициент к неравномерности подачи воздуха;

q - метановыделение на 1т суточной добычи, м³/т;

А - грузопоток угля по выработке, т/сут;

- сечение в свету после осадки, м²;

d, do - допустимая концентрация метана в свежей (0,5%) и исходящей струе.

Проходческий цикл и его элементы

При буровзрывной технологии отделения породы от массива

Проходческий цикл складывается из следующих процессов:

бурение, заряжание, взрывание, проветривание, возведение временной крепи, по­грузка породы, возведение постоянной крепи, настилка рельсового пути или нара­щивание конвейера, устройство водоотливной канавки.

Состав процессов может изменяться в зависимости от технологии. Процессы могут выполняться последовательно или совмещено. Запрещено совмещать с каким-либо процессом заряжание шпуров, взрыва­ние зарядов и проветривание забоя.

При механической, ручной и гидравлической технологиях отделения поро­ды от массива проходческий цикл приурочивают к продвижению забоя на вели­чину, кратную шагу крепи.

Различают нормируемые и ненормируемые процессы. Проходческие про­цессы складываются из операций, а те из приёмов и элементов.