Часть 2. Проходка горноразведочных выработок

ЧАСТЬ 2.ПРОХОДКА ГОРНОРАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

 

Выбор и обоснование типа, формы, и размеров (сечения) горных

Выработок

Проходка шурфов

Шурф - вертикальная выработка квадратного, прямоугольного или круглого сечения (шурфы круглого сечения носят название дудок), имеющая непосредственный выход на земную поверхность. Из шурфов нередко проходят горизонтальные выработки: рассечки, квершлаги, штреки.

Рис. Поперечный типовой разрез шурфа

1 — бадья; 2 — проводник; 3 — вентиляци­онная труба; 4, 5 — трубы для сжатого воздуха и воды; 6 — венец крепи; 7 — кабели; в — отшивка; 9 — лестничное отделение

Шурфы имеют типовые размеры в свету (ОСТ 41-02-206-81).

Площадь прямоугольных сечений в проходке чаще принимают равными 1,25; 1,5; 2,0 м² и реже больше. Размеры: 1,25м² (1х1,25м); 1,5м² (1х1,5м); 2м² (1,25х1,60м); 4м² (1,6х2,5м).

Максимальная глубина шурфов 40м. Шурфы сечением 1.25 и 1.5 м² проходятся на глубину до 20 м, шурфы сечением 2.0 м² проходятся на глубину до 30 м, 4.0 м² предусмотрено проходить на глубину до 40 м.

По заданию необходимо пройти 3 шурфа глубиной 18м. каждый:

Поперечные размеру шурфов при геологоразведочных работах выбираются в зависимости от глубины выработок, а также с учетом конструкции крепи.

Учитывая особенности петрографического состава и физические свойства по­род, а также технику и глубину проходки, принимаем прямоугольную форму попе­речного сечения шурфов с размерами 1,5 м (1,0x1,5).

 

 

 

Рис. Поперечное сечение проектируемого шурфа

Выбор и обоснование способа проходки, основного оборудования

Способ проходки горной выработки в основном зависит от положения ее в пространстве (вертикальная, наклонная, горизонтальная), крепости, строения горной породы, их водоносности и имеющегося в наличии оборудования. В зависимости от устойчивости пересекаемых пород и грунтовых вод различают обычные и специальные способы проведения выработок. Обычный способ применяют при сравнительно небольшом потоке воды в крепких и устойчивых породах, допускающих обнажение забоя, кровли и боковых стенок выработок.

·

Способы проходки шурфов

1. вручную

2. с применением буровзрывных работ

1. При проходке шурфов ручным способом выполняются следующие операции:

· Подготовка площади для заложения шурфа

· Разметка контуров выработки

· Проветривание забоя

· Подъем отбитой породы на поверхность

· Крепление шурфа в случае необходимости

2. При проходке шурфов буро-взрывным способом выполняются следующие операции:

· Бурение шпуров, их зарядка и взрывание

· Проветривание забоя после взрыва

· Монтаж воздухопровода

· Возведение крепи.

Таблица

Буровзрывные работы

Буровзрывной способ проходки является наиболее сложным. Он включает ряд последовательных операций, составляющих вместе проходческий цикл:

1) разметка шпуров на забое выработки;

2) бурение шпуров;

3) зарядка шпуров ВВ;

4) взрывание зарядов (опалка);

5) проветривание забоя;

6) уборка разрыхленной взрывом породы;

7) настил путей;

8) монтирование воздухопровода.

Все буровзрывные работы производятся в строгом соответствии с паспортом этих работ..

Разметка и бурение шпуров

При размещении шпуров следует учитывать следующие правила: 1 - шпуры размещаются по площади забоя относительно равномерно, чтобы была обеспечена равномерная работа каждого шпура; 2 – минимальное расстояние между зарядами должны быть таким, чтобы исключалась возможность детонации; 3 – размещение шпуров должно обеспечивать отбойку породы в контурах выработки согласно проекта с наибольшим КИШ; 4 – необходимо обеспечить равномерное дробление породы до необходимой крупности кусков.

Расчет количества шпуров:

количество шпуров на забое:

N=2.7* ,

где f- крепость, а S- площадь забоя

Количество шпуров на забое (N): при f=15: N=10

Данная формула хороша для расчета количества шпуров в средних по крепости породах, при расчете количества шпуров в мягких и очень крепких породах результат расчета необходимо проверить на выполнение неравенства:

Указанное неравенство может служить для проверки результата расчета по вышеприведенной формуле М.М.Протодьяконова. Если неравенство не выполняется, то количество шпуров изменяется таким образом, чтобы площадь забоя, приходящаяся на один шпур, соответствовала указанным значениям.

Применяется призматический вруб. Он применяется в породах любой крепости с различным сечением и геологической ситуацией. Число врубовых шпуров не превышает 4 штуки. Если очень крепкие породы, то в центре бурится холостой шпур. Этот тип применяется при быстрой проходке горных пород за счет большой эффективности

Бурение шпуров будет осуществляться ручным низкочастотным перфоратором.

Т.к. длина шпуров равна 1,38м, то используем 3 комплекта буров. Характеристика буров и диаметр патронов приведены в таблице:

№ бура	Длина бура, мм	Диаметр головки бура, мм	Диаметр патрона, мм

 

 

Рис. 2.2. Схема расположения шпуров на забое шурфа (пример):

 

Хранение взрывчатых веществ

Специфические свойства взрывчатых материалов требуют хранения их в таких условиях, при которых обеспечивались бы удобства и безопасность обращения, а также исключались хищения, порча и самопроизвольный взрыв.

Хранить взрывчатые материалы разрешается только в специальных складах, построенных и оборудованных в строгом соответствии с требованиями правил безопасности и зарегистрированных в органах Государственного горного надзора.

Склады взрывчатых материалов необходимо располагать на отдельной изолированной площади, удаленной от жилых и технических зданий и сооружений.

По количеству ВВ, необходимого для всего объема работ, предусматривается устройство временного склада. При раздельном хранении ВВ и средств взрывания в хранилище можно помещать до 18 т ВВ и до 25000 шт. детонаторов. Соответствующее количество огневого шнура может храниться с детонаторами.

Временные склады допускаются легкого типа: досчатые, глинобитные, земляные и другие. Разрешается под временные хранилища использовать существующие помещения: нежилые здания, сараи, землянки и другие при устройстве хорошей вентиляции, защиты от сырости, дождя, снега. Временные склады следует размещать на сухих, возвышенных местах для предохранения их от почвенной влаги. Полы в хранилище могут быть досчатыми и глинобитными, но обязательно ровными, гладкими и без щелей. Освещение внутри хранилищ разрешается аккумуляторными или предохранительными бензиновыми лампами.

Вокруг поверхностного склада в радиусе не менее 50 м выделяется запретная зона, в которой вырубается хвойный лес и снимается сухая трава, заросли и хворост, лиственный лес оставляется. Запретная зона по своему периметру ограждается канавой для предотвращения заливания территории склада атмосферными водами. Вокруг склада в радиусе 40 м устраивается ограждение. Ограждение может быть сооружено из различных материалов, но высота его должна быть не менее 2м.

Склад взрывчатых материалов будет находиться от жилых построек, соору­жений гражданского и промышленного значения, объектов взрывных работ и т.д. на безопасном расстоянии по действию воздушной волны и по разлету осколков и обломков (Советов, 1980).

Расстояния, на которых воздушная волна взрыва теряет способность наносить поражения заданной интенсивности, рассчитываются по формуле:

- коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от усло­вий расположения заряда и характера повреждений;

g - вес заряда ВВ для 25 канав.

Радиус опасной зоны по разлету осколков должен быть не менее 200м при взрыве шпуровых зарядов.

Вентиляция горных выработок

Нормальный атмосферный воздух представляет собой довольно постоянную смесь газов и паров воды. Обычно в сухом атмосферном воздухе содержится около 79% азота, 20,96% кислорода и 0,4% углекислого газа. Атмосферный воздух, проходя по подземным выработкам, претерпевает ряд химических и физических изменений. Воздух, заполняющий горные выработки, называется рудничным воздухом. Задачей вентиляции подземных выработок, кроме обеспечения выработок пригодным для дыхания воздухом, является поддержание в них нормальной температуры и влажности.

Вентиляция подземных выработок осуществляется с помощью вентиляторов и вентиляционных труб, т.к. естественное проветривание не применимо. Существует несколько различных схем вентиляции: нагнетания, всасывания и комбинированная схема.

В данной работе будет использоваться схема нагнетания: свежий воздух при помощи вентилятора подается по трубам к забою выработки, а воздух, содержащий вредные газы, удаляется по самой выработке к устью. Призабойное пространство быстро очищается от вредных или ядовитых газов, однако выработка в течение некоторого времени еще заполнена ими и поэтому в самой выработке на протяжении всего времени ее вентиляции нельзя работать.

Расстояние от конца труб до забоя должно быть:

l_тр. ≤ 6 · √S, м

где S – площадь поперечного сечения выработки, м².

l_тр ≤ 7,3м.

По роду используемой энергии вентиляторы могут быть с ручным приводом и с механическим приводом.

Вентиляторы с механическим приводом более производительны, чаще используются и могут применяться для вентиляции любых горных выработок.

По принципу работы вентиляторы бывают центробежными и осевые. Центробежные вентиляторы более легкие, монтаж и установка более простые, поэтому данный вид предпочтительней.

По развиваемому напору вентиляторы разделяются на три класса:

o низкого давления при напоре до 100 мм вод. ст.

o среднего давления при напоре до 300 мм вод. ст.

o высокого давления при напоре до 600 мм вод. ст.

Привод от двигателя бывает двух типов: ременный и жесткий.

Проектом предусматривается использование вентилятора с непосредственным приводом ЭВР-4.

Техническая характеристика центробежного вентилятора ЭВР-4:

 

Диаметр рабочего колеса, мм
Число оборотов в минуту
Мощность двигателя, кВт	7,0
Производительность, м^3/сек	2,3
Развиваемый напор, мм вод. ст.
Габариты, мм:	Длина
Ширина
Высота
Вес, кг.

 

Количество воздуха, необходимое для вентиляции выработки определяется по следующей формуле:

Q_в = А · q · m · k / t, где:

А – количество ВВ, взрываемое за одну опалку, кг (А₅=Q _{зах 5}=0,93кг, А₁₅=Q _{зах 15}=0,72кг).

q – объем условной окиси углерода, образующейся при взрыве каждого килограмма ВВ, 0,04 м².

m – коэффициент разжижения окиси углерода, 12500.

k – коэффициент, предусматривающий потери воздуха в трубопроводе. Вне зависимости от длины трубопровода, потери воздуха не должны превышать 15% (k = 1,15)

t – время вентиляции, мин.

5 кат: Q_в=0,93*0,04*12500*1,15/30=141м³/мин

15 кат:Q_в=0,72*0,04*12500*1,15/30=167м³/мин

Рассчитанное количество воздуха Q_в следует проверять на скорость движения воздуха по выработке из формулы:

ν = Q_в/S, м/сек

где S – сечение выработки,м².

Эта скорость должна быть не менее 0,15 и не более 4,0 м/сек.

ν₅=141/1,5=3,2м/сек

ν ₁₅=167/1,5=3,7м/сек

Рис. Схема вентиляции шурфа

Уборка отработанной породы

К уборке породы приступают после приведения выработки в безопасное состояние. Уборка и транспортировка породы весьма трудоемкая и энергоемкая операция.

Уборка породы производится вручную лопатами. С целью облегчения и повышения производительности труда при погрузке необходимо до взрыва укладывать перед забоем на дно выработки металлические листы толщиной 3-4 мм.

Откатка породы производится емкостью 0,5 м³. Одновременно производится дробление породы, если есть крупные куски. Расстояние откатки 130м. Откатка вагонеток производится вручную, при этом используются рудничные рельсы Р-8. Рудничный рельсовый транспорт широко применяется для перемещения горных пород, перевозки материалов, оборудования, а в отдельных случаях и людей.

Рельсовый путь состоит из нижнего и верхнего строения. К нижнему относится дно выработки, имеющее продольные и поперечные уклоны. Рельсы с помощью костылей через металлические прокладки, толщиной 10-12 мм, пришиваются к деревянным шпалам. Расстояние между шпалами 0,75 м. Все пространство между шпалами заполняется балластом или отработанной горной массой.

Крепление горных выработок

Чтобы воспрепятствовать развитию чрезмерных напряжений в массиве горных пород и предотвратить разрушение горных выработок применяют различные конструкции, которые называются крепью, а процесс их возведения и установки – креплением.

Крепление горных выработок производится деревянной, бетонной, каменной и металлической крепью.

Основной конструкцией деревянной крепи горизонтальных выработок является крепежная рама. Неполная крепежная рама состоит из верхняка и двух стоек.

В данном курсовом проекте крепление горной выработки, ее стенок, осуществляется неполными дверными рамами вразбежку. Интервал – 1 рама на 2 пог.м. горной выработки с затяжкой стенок и кровли. Первые метры (0,0-5,0м) выработки крепятся сплошной крепью, а остальной интервал (5,0-25,0) -вразбежку.

Процесс крепления включает в себя следующие операции:

1. заготовка крепи;

2. подготовка места для крепи;

3. доставка крепи на место;

4. установка крепи.

Заготовка крепи производится на поверхности. Она заключается в опиливании леса по необходимым размерам и зарезке замков. Замок в стойке делают на толстом конце, т.к. установка стойки толстым концом вверх увеличивает прочность крепи. Нижние концы стоек заостряют для обеспечения податливости всей рамы в целом.

Подготовка места заключается в приведении определенного участка выработки в безопасное состояние; стенки выравниваются, готовятся лунки и водосточные канавки. Эти работы производят лопатой, кайлой и отбойным молотком.

Установку крепи начинают с установки стоек в лунки и придании им устойчивости. После установки стоек на них укладывается верхняк. Рама должна быть установлена в плоскости, перпендикулярной оси выработки, а в местах закругления – в плоскостях радиуса закругления. Вертикальность установки рамы и правильность наклона стоек проверяют отвесом, который опускают от замков.

Крепь возводится снизу вверх

Рис. Крепление сплошное и вразбежку на бабках (стойках):

• 1-венцы,

• 2 - бабки;

Водоотлив и освещение

Учитывая сравнительно небольшую глубину выработок, отсутствие в них взрывоопасных газов и проведение работ в одну смену, в течение светового дня, предусматривается использование переносных ацетиленовых ламп. Лампа состоит из двух резервуаров: нижнего, заполняемого карбидом кальция, и верхнего, в кото­рый наливается вода. Вода поступает по трубке в нижний резервуар и, взаимодей­ствуя с карбидом кальция, образует ацетилен, выходящий в горелку. Поступление воды в нижний резервуар регулируется специальным винтом. Заряда воды и кар­бида достаточно для работы лампы на протяжении 11-12 часов [9].

По своему устройству и роду действия все водоотливные установки подразделяются на типы:

1. поршневые насосы;

2. центробежные насосы;

3. винтовые насосы;

4. эрлифты и гидроэлеваторы.

Для организации водоотлива воду из всей системы горных выработок собирают с помощью водоотводных канав и непосредственно выводят на дневную поверхность или к водосборникам при насосных станциях; из водосборников воду насосами подают на поверхность через шахтные стволы.

Данным курсовым проектом предусматривается использование центробежного насоса – стационарного горизонтального одноступенчатого, типа К.

Характеристика насоса:

Производительность, м³/час 6-70

Высота напора, мм вод. ст. 14-62

Вес установки, кг 25-32

Ликвидация горных выработок

 

Ликвидация выработок – это комплекс работ и мероприятий по прекращению работ в горных выработках и устранения доступа в них в связи с окончанием срока их службы. Деревянная крепь в большинстве случаев извлечению не подлежит и остается в выработке. Вся горная выработка засыпается породой.

Необходимо провести рекультивацию участка, где производились работы. Снятый почвенный слой нельзя смешивать с породами, извлеченными из горной выработки в процессе работы. Земля, ставшая непригодной в процессе работы (испачканная горюче-смазочными материалами), подлежит замене.

Ликвидированные выработки должны быть нанесены на планы расположения разведочных выработок и на план работ.

Техника безопасности

Горных выработок

При проходке стволов шахт и шурфов взрывание зарядов в шпурах разрешается производить только с поверхности или с действующего горизонта, электриче­ским способом или детонирующим шнуром, а в сухих и влажных забоях также электроогневым способом.

Изготовлять патроны-боевики разрешается на поверхности в зарядных будках, расположенных не ближе 50 м от ствола шахты.

Запрещается спуск патронов-боевиков в самоопрокидывающихся или разгру­жающихся через дно бадьях. Боевики спускаются в сумках или специальных ящи­ках. Скорость спуска не должна превышать 1 м/с, а при спуске сосудов по направ­ляющим 2 м/с.

Спуск в ствол патронов-боевиков должен производиться отдельно от ВВ, при отсутствии людей, кроме взрывника, сопровождающего патроны-боевики; число последних ограничено для данной серии взрывов.

При спуске ВМ в забое не должно быть никого, кроме лиц, занятых заряжани­ем и взрыванием, и машиниста насоса.

Электровзрывная сеть в забое ствола шахты должна монтироваться при по­мощи антенных проводов. Колышки для установки антенны должны быть такой высоты, чтобы вода не достигала антенны.

Мастеру-взрывнику (взрывнику) разрешается монтаж электровзрывной сети только после подъема всех рабочих из ствола шахты. После подъема на поверх­ность персонала, производившего заряжание и монтаж сети, в стволе должны быть открыты все ляды и из надшахтного здания должны быть удалены все люди, кроме лица, производящего взрывание.

Запрещается применять электродетонаторы с проводниками короче 2,5 м и с водонеустойчивой изоляцией.

При проходке стволов шахт все вновь пробуриваемые шпуры должны быть смещены по окружности по отношению к шпурам предыдущего цикла, но без на­рушения при этом принципиальной схемы расположения шпуров.

Ствол должен быть снабжен прочным предохранительным полком, предохраняющим людей в забое от падения различных предметов. Во время дви­жения бадьи рабочие в забое должны обязательно находиться под полком.

Особое внимание надо уделять выполнению правил техники безопасности при спуске и подъеме людей. Воспрещается подниматься или спускаться, стоя (сидя) на краю бадьи, а также в нагруженной бадье. Обязательно применение предохрани­тельных поясов. Посадка людей в бадьи и выход из них должны производиться при закрытых лядах и остановленной бадье.

Конструкция приспособлений должна быть прочной, полностью обеспечи­вающей безопасность работы. Средняя прочность проволок каната должна быть не менее 1,3 ГПа и не более 1,5 ГПа. Отношение диаметра барабана лебедки к диа­метру проволоки должно быть не менее 450 и к диаметру каната - не менее 30. Металлические канаты должны иметь восьмикратный запас прочности. При числе поврежденных или оборванных проволок больше нормы (более 5% полного их числа на каком-либо участке каната, равном шагу его свивки) канат подлежит за­мене другим.

При погрузке породы грейфером запрещается освобождать руками куски по­роды из-под его лопастей, производить осмотр и ремонт грейфера при наличии в коммуникации сжатого воздуха или рабочей жидкости под давлением. Стоять вблизи бадьи в момент разгрузки грейфера, производить уборку породы в забое, где остались невзорвавшиеся заряды ВВ, запрещается. Все погрузочно-разгрузочные операции должны производиться при закрытых лядах. Бадьи не должны нагружаться до краев, расстояние от груза до верхней кромки должно быть не менее 10 см [12].

ЧАСТЬ 2.ПРОХОДКА ГОРНОРАЗВЕДОЧНЫХ ВЫРАБОТОК