Проходка горных выработок

Вопрос:Опишите основные физико-механические свойства пород.

Основными свойствами породы являются: плотность, твердость, вязкость, упругость, пластичность, крепость, слоистость, трещеноватость, влагоемкость, ползучесть, кливаж, разрыхляемость, угол естественного откоса, угол внутреннего трения и др.

Плотность — масса единицы объема породы со всеми содержащимися в ее порах жидкостями и газами.

Твердость — сопротивление породы внедрению в нее острого инструмента (оказывает большое влияние на процесс разрушения породы режущим инструментом).

Вязкость — сопротивляемость породы отделению от массива некоторой ее части.

Упругость — способность проявлять упругие деформации (возвращаться к Пластичность — свойство породы изменять свою форму без разрушения,прежней форме и размерам после прекращения действия сил).

Крепость — сопротивляемость механическим воздействиям (характеризуется величиной сил, при которых порода разрушается).

Слоистость — наличие в породах слоев, мало или совершенно не связанных между собой.

Трещиноватость — наличие в породе трещин, возникших при тектонических процессах или в результате ведения горных работ. По слоям и трещинам порода более легко отделяется от массива, следовательно, вынимать такие породы легче, но устойчивость их меньше и они создают большее горное давление.

Влагоемкость— свойство породы поглощать и удерживать воду.

Ползучесть — непрерывное во времени развитие деформаций в породах при постоянной нагрузке.

Кливаж — делимость породы по системе мелких субпараллельных плоскостей тектонического происхождения. Кливаж ослабляет породу, облегчает выемку ее, но усложняет управление горным давлением.

Разрыхляемость — свойство породы увеличиваться в объеме при добыче по сравнению с объемом ее в массиве.

Характеризуется разрыхляемость коэффициентом разрыхления. Кр=Vр/V_м, где V_Р — объем разрыхленной породы, м³; V_м— объем той же породы в массиве, м³.

Коэффициент разрыхления зависит от состава, строения, крепости, кусковатости породы, он равен 1,1—2,2.

Угол естественного откоса — наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанной горной массы в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью. Он зависит от кусковатости и форм частиц породы, шероховатости их поверхности, а также от плотности и влажности породы. Величина угла естественного откоса равна 10—12° для торфа, песка и 40—50° для мокрого суглинка, глины, угля.

Угол внутреннего трения — угол, тангенс которого равен коэффициенту внутреннего трения сыпучей породы или коэффициенту крепости породы в массиве по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Вопрос:Что такое горная крепь, и какие требования к ней предъявляются?

Горная крепь — искусственные сооружения, возводимые в горных выработках для предотвращения обрушения и пучения окружающих пород, сохранения необходимых размеров и рабочего состояния выработок.

Крепь горных выработок должна удовлетворять следующим основным техническим и экономическим требованиям:

быть достаточно прочной, надежной и долговечной в работе (поддерживать выработку в рабочем и безопасном состоянии в течение всего срока службы), не загромождать выработку;

по площади должна занимать в выработке как можно меньше места, не мешать выполнению производственных процессов, оказывать минимальное сопротивление движению воздуха;

обеспечивать возможность механизации возведения крепи и изготовления ее элементов;

быть транспортабельной, нетрудоемкой при возведении и ремонте, предусматривать возможность ее максимального извлечения из погашаемых выработок и дальнейшего повторного использования;

конструкция и материал должны соответствовать сроку службы выработки, а сумма материальных я трудовых затрат на изготовление, возведение, эксплуатацию и ремонт в течение срока службы выработки должны быть минимальными.

В отдельных случаях крепь должна быть огнестойкой, морозостойкой, водо- или газонепроницаемой, сейсмостойкой.

Всем этим требованиям одновременно не удовлетворяет ни одна конструкция горной крепи, поэтому при выборе ее необходимо учитывать конкретные горно-геологические условия.

Горную крепь классифицируют по следующим признакам:

По расположению выработок в пространстве—на крепь горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок;

по роду выработок — на крепь капитальных, подготовительных и очистных выработок;

по основному материалу — на деревянную, металлическую, каменную, бетонную, железобетонную и смешанную;

по сроку службы — на временную и постоянную;

по конструкции — на рамную, сплошную, штанговую и комбинированную;

по типу или характеру взаимодействия с боковыми породами — на жесткую, шарнирную, податливую;

по форме поперечного сечения выработок — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, сводчатую, арочную, кольцевую, эллиптическую и др.;

по местоположению на трассе выработки — на крепь протяженных участков, выходов на поверхность (устьев стволов и штолен), сопряжений и пересечений;

по условиям работы — наобычную и специальную.

Вопрос:Формы и размеры поперечного сечения горных выработок. Привести рисунки

Форма поперечного сечения горной выработки зависит от назначения и срока службы, свойств пересекаемых ею пород, величины и направления горного давления, материала и конструкции крепи, способа ее проведения и др. В угольной промышленности горизонтальные и наклонные горные выработки проводят прямоугольной (рис. 5,а), трапециевидной (рис. 5,б), арочной (рис. 5,в, г), сводчатой (рис. 5 д, е), подковообразной с обратным сводом (рис. 5,ж} и без него (рис. 5,з), круглой и других форм. При небольшом горном давлении форму поперечного сечения выработки принимают прямоугольного очертания, при большом — криволинейного, а при всестороннем — круглого. Закругление углов приводит к уменьшению концентраций напряжений и деформаций в породах, окружающих выработку. Размеры (высота, ширина) и площадь поперечного сечения горной выработки зависят от ее назначения, габаритов размещаемого в выработке оборудования или транспортных средств (электровозы, вагонетки, конвейеры и др.), числа рельсовых путей, способа перемещения людей по выработке, зазоров, предусмотренных Правилами безопасности и допустимой скорости движения воздуха по выработке.

В выработке различают площадь сечения в свету (площадь по внутреннему контуру крепи и почве выработки), вчерне (площадь по наружному контуру крепи, включая затяжку, и почве выработки), в проходке (площадь по контуру пород, которую принимают на 3—5% больше площади вчерне), э также размеры выработки до осадки и после осадки крепи. Согласно Правилам безопасности минимальные площади поперечных сечений горных выработок в свету должны составлять; для главных выработок (квершлагов, штреков, капитальных и панельных бремсбергов, уклонов) не менее 4,5 м² при рамной деревянной металлической, железобетонной и смешанной крепи и не менее 4 м² при монолитной каменной, бетонной, железобетонной и тюбинговой крепи при высоте не менее 1,9 м от головки рельсов; для участковых выработок (вентиляционных, промежуточных и конвейерных штреков, людских ходков, участковых бремсбергов и уклонов) не менее 3,7 м² при высоте не менее1,8м; для печей, просеков - не менее1,5 м² .

Для выбора необходимого типового поперечного сечения выработки, необходимо определить ее ширину (В) на уровне верхней кромки подвижного состава по формуле:

В=m+kА+p+n

Где m- зазор между крепью и подвижным составом, k-число рельсовых путей, А –ширина подвижного состава, p –зазор между составами, n –свободный проход для людей (в метрах).

Правила безопасности предусматривают с одной стороны зазор между крепью и подвижным составом не менее 0,25 м на уровне подвижного состава при рамных конструкциях (деревянной, металлической и сборной железобетонной) крепей и не менее 0,2 м при сплошных конструкциях (бетонной, железобетонной и тюбинговой) крепей; с другой стороны для свободного прохода людей в горной выработке не менее 0,7 м на высоте не менее 1,8 м от почвы (тротуара). В двухпутных выработках зазор между составами должен быть не менее 0,2 м, при конвейерном транспорте ширина прохода для людей не менее 0,7 м, а зазор с другой стороны не менее 0,4 м. Правилами безопасности установлены и другие минимально допустимые размеры выработок по ширине и высоте. Для сохранения требуемых зазоров в течение всего срока службы выработки размеры ее сечения при проведении пластовых выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, рекомендуется принимать с запасом (вертикальная податливость до 50—60% мощности пласта и горизонтальная — 0,23— 0,29 м на высоте 1,8 м от почвы выработки).

Вопрос:Способы и схемы проветривания подготовительных выработок, условия их применения, достоинства и недостатки

После взрывания зарядов ВВ прнзабойная часть выработки заполняется газообразными продуктами взрыва. Поэтому для создания нормальных санитарных и безопасных условий труда проходчикам необходимо выработку проветрить, чтобы воздух в забое содержал не менее 20% кислорода по объему и не более 0,5% углекислого газа. Температура воздуха не должна превышать 26 "С при относительной влажности до 90%. Средняя скорость движения воздуха должна быть ее менее 0,25 м/с. Разжижение продуктов взрыва и удаление их из забоя должны происходить не более чем за 30 мин после взрывания зарядов ВВ.

Квершлаги и полевые штреки проводят как одиночные выработки с тупиковыми забоями, которые проветривают вентиляторами местного проветривания. По виду применяемой энергии их делят на электрические и пневматические, а по принципу работы — на осевые и центробежные. На угольных шахтах в основном применяют осевые вентиляторы ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ.-8М, ВМ-12М с электрическим приводом и вентиляторы ВМ.П-4, ВМП-5М, ВМ.П-6М с пневматическим -приводом, когда правила безопасности запрещают применение электроэнергии. Реже применяют центробежные вентиляторы ВЦ-7, ВЦП-16 для проветривания выработок протяженностью свыше 1,5—2 км при высоком газовыделенни.

Одиночные горные выработки с тупиковыми забоями проветривают вентиляторами местного проветривания по трем схемам: нагнетательной, всасывающей и комбинированной. На угольных шахтах, опасных по газу или пыли, применяют нагнетательную схему проветривания (рис, 56), которая наиболее проста, экономична и безопасна. Вентилятор устанавливают напочве или подвешивают к крепи на свежей струе на расстоянии не менее 10 м от места выхода продуктов взрыва. Свежий воздух по трубам, проложенным по выработке, подается в забой, а отработанный — удаляется по всей выработке. По мере проведения выработки трубопровод наращивают. Отставание вентиляционных труб от забоя не должно превышать 8 м в газовых шахтах и 12 м в негазовых. Всасывающую и комбинированную схемы проветривания применяют на негазовых шахтах.

Достоинством нагнетательного способа является – подача взабой деятельной струи воздуха, небольшая масса вент. труб, сравнительно легкий их монтаж.

Существенным недостатком является удаление газа и пыли непосредственно по выработке, где работают люди, машины и механизмы.

При использовании всасывающего способа по всей длинне выработки создается чистая воздушная среда.

Вентиляционные трубы применяют матерчатые (прорезиненные), текстовинитовые, пластикатные, капроновые и металлические. Более 90% всех вентиляционных трубопроводов местного проветривания выполняют в виде гибких вентиляционных труб диаметром 400; 500 и 600 мм, длиной звеньев 5; 10 и 20 м. Они имеют небольшую массу, транспортабельны, быстро устанавливаются и соединяются с помощью пружинящих колец. Текстовинитовые трубы изготавливают диаметром 500—900 мм, длиной 5 и 10 м. Металлические трубы из .листовой стали выпускают диаметром 300—800 мм .звеньями по 3 м. Соединяют трубы с помощью фланцев болтами.

При большой длине трубопроводов для уменьшения утечек воздуха в трубах размещают полиэтиленовые рукава После проветривания выработки лицо тех. надзора измеряет содержание метана и дает разрешение рабочим на продолжение работы.

Нагнетательный (а,г,д), всасывающий (б), способы вентиляции тупиковых выработок при использовании одного (а,б) и нескольких (в,г,д) вентиляторов местного проветривания:

1-нагнетательные вентиляторы; 2-нагнетательный трубопровод; 3-всасывающие вентиляторы; 4-всасывающие трубопроводы.

Вопрос:Какие существуют способы проведения камер и какие материалы применяют для их крепления?

Камеры — это горные выработки, имеющие небольшую длину по сравнению с ее поперечным сечением. Они предназначены для размещения оборудования (лебедочная, насосная, трансформаторная, вентиляторная и др.). материалов и инвентаря (для запасных частей, противопожарная), Для санитарных и других целей (медицинский пункт, диспетчерская, камера ожидания).

Выбор схемы проведения камер зависит от устойчивости пород и размеров их поперечного сечения.

Проведение камер по углю с подрывкой породы

Лебедочные, трансформаторные и другие камеры проводят в основном смешанными забоями. В этом случае вначале вынимают уголь на всю длину и ширину камеры с возведением временной крепи (рис.а). Затем подрывают породу почвы (заходки I, II) и устанавливают временную крепь большей длины. Далее подрывают породы кровли в обратном порядке. (заходки Ш, IV), придавая камере необходимую форму, и устанавливают временную крепь.

Выемку угля и подрывку породы осуществляют с помощью буровзрывных работ. Породу грузят погрузочными машинами. Постоянную крепь в неустойчивых породах возводят вслед за подрывкой пород кровли, а в устойчивых — после выемки всей породы. В качестве постоянной крепи применяют бетон, сборный железобетон, а также смешанные и металлические рамы и арки с металлической или железобетонной затяжкой. При неустойчивых породах и на больших глубинах в бетоне оставляют металлические арки временной крепи. Иногда крепь усиливают анкерной крепью с металлической сеткой.

При проведении камеры большей длины ее проводят тремя уступами: угольный забой, породный забой по почве и породный по кровле. Угольный забой опережает породный на 2-3 метра. Организация работ в этом случае такая же, как и при проведении пластовых штреков.

Проведение камер по породе

Камеры площадью сечения до 20 м² проводят сплошным забоем (аналогично проведению квершлагов), а более 20 м² — сложным забоем.

В крепких устойчивых породах при арочной форме поперечного сечения камеры проводят с разделением на два горизонтальных уступа (рис.6). Верхний уступ составляет 35—40% поперечного сечения камеры, а нижний — 65—60%, чем достигается равномерное их подвигание. Верхний уступ опережает забой нижнего на расстояние до 5 м, что позволяет вести работы в обоих уступах одновременно. Выемку породы производят буровзрывным способом. Породу грузят погрузочными машинами. После этого возводят постоянную крепь.

Камеры прямоугольного поперечного сечения, у которых ширина значительно больше высоты, проводят вертикальными уступами (рис в). Работы в обоих уступах проводят также одновременно. Породу грузят последовательно в каждом уступе одной погрузочной машиной, которая перемещается по двум рельсовым путям, соединенным между собой стрелочным переводом. После погрузки породы устанавливают временную крепь. Постоянную крепь возводят с отставанием от забоя.

В мягких неустойчивых породах камеры проводят независимыми забоями с временным оставлением целика породы в середине сечения камеры (рис.г). Работы начинают с выемки породы в сводчатой части, которую крепят временной арочной крепью. С отставанием на 2—3 м от забоя вынимают породу в двух боковых выработкахс установкой под арки металлических стоек. Под защитой временной металлической крепи ведут выемку целика и возводят постоянную крепь. Временную крепь, как правило, не извлекают.

Проведение камер оценивают объемом готовой выработки в свету в кубических метрах. Нормативы проведения камер на один забой в месяц составляют 200— 250 м³ в свету. Передовые проходческие бригады на отдельных шахтах Донбасса проводят камеры со скоростью 500—600 м³ в свету и более на один забой в месяц.

Вопрос:Цель углубки действующих вертикальных стволов. Какие существуют схемы углубки стволов?

Подготовка новых горизонтов на шахтах вызывает необходимость в углубке действующих вертикальных стволов, которая может быть выполнена сверху вниз и снизу вверх. Углубку сверху вниз в мягких породах производят с устройством в стволе под зумпфом предохранительного полка, в крепких породах—с оставлением предохранительного целика высотой до 8 м (рис.).

При оставлении целика в нем проводят гезенк для прохода бадьи, пропуска труб и устройства лестничного отделения. Подъемную машину устанавливают обычно в специальной камере на углубочном горизонте. Приемную площадку для разгрузки бадей устраивают на высоте до 3 м от уровня околоствольного двора. Бадьи разгружают в шахтные вагонетки, которые выдаются на поверхность по действующему стволу.

Углубка ствола снизу вверх заключается в том, что в пределах проектного контура поперечного сечения ствола с нового рабочего горизонта проводят снизу вверх сначала гезенк прямоугольной формы поперечного сечения и небольшой площади, а затем его расширяют по последовательной или совмещенной технологической схеме сверху вниз.

Схемы углубки ствола с устройством предохранительного полка (а) и с оставлением предохранительного целика (б);

1-бадьи; 2-предохранительный полок; 3-перекачной насос; 4-рабочие полки; 5-бетонопровод; 6-подвесной полок; 7-погрузочная машина; 8-опалубка; 9-подъемная машина; 10-бурильная установка; 11-предохранительный целик; 12,13,14,15-лебедки.

Список используемой литературы:

1. Васюков Ю.Ф. Горное дело. - М.: Недра, 1990.

2. Заплавский Г.А., Лесных В.А. Технология подготовительных и очистных работ. –М.: Недра, 1986.

3. Правила безопасности

4. Ковальчук А.Б. Горное дело – М.: Недра, 1991