Расчет годовой мощности и срока службы шахты

Производственная мощность шахты (тыс. т/год) определяется по упрошённой редакции формулы проф. А.С. Малкина

	(2.17)
где		–	коэффициент надежности технологической схемы шахты. В работе принято ;
		–	коэффициент, учитывающий влияние числа угольных пластов в шахтном поле;
		–	коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на очистной забой;
		–	промышленные запасы угля в шахтном поле, тыс. т;
		–	суммарная мощность одновременно разрабатываемых пластов в шахтном поле, м;
		–	суммарная мощность всех рабочих пластов в шахтном поле, м;
		–	коэффициент влияния глубины разработки и угла падения пластов.

Коэффициент, учитывающий влияние числа угольных пластов в шахтном поле определяется по формуле

	(2.18)
где		–	количество одновременно разрабатываемых пластов. В работе принято ;
		–	количество рабочих пластов в шахтном поле.

Коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на очистной забой определяется по формуле

	(2.19)
где		–	коэффициент, учитывающий степень влияния средней нагрузки на очистной забой. Для Кузбасса: пологое падение , крутое . В работе принято .
		–	средняя мощность рабочих пластов в шахтном поле,
		–	средняя мощность одновременно разрабатываемых пластов в шахтном поле, .

Коэффициент влияния глубины разработки и угла падения пластов определяется по формуле

	(2.20)
где		–	глубина верхней границы шахтного поля (мощность наносов), м;
		–	угол падения пластов, град.

Окончательно мощность шахты принимается согласно типового ряда

, млн. т

0,9

1,2

1,5

1,8

2,1

2,4

3,0

3,6

4,5

6,0

Таким образом, производственная мощность шахты принята млн. т/год.

Полный срок службы шахты определяется по формуле

	(2.21)
где		–	период освоения проектной мощности шахты, лет. Составляет 1,5 ÷ 2,0 года. В работе принято года;
		–	период затухания горных работ, лет. Составляет 1,5 ÷ 2,0 года. В работе принято года.
		–	расчётный срок службы шахты, лет.

Расчётный срок службы шахты (лет) определяется по формуле

(2.22)

 

Расчёт действующей линии и числа очистных забоев

Под действующей линией очистных забоев понимается суммарная длина очистных забоев, обеспечивающих плановою добычу при непрерывной работе.

Средневзвешенная производительность пластов принятых к одновременной отработке (т/м²) определяется по формуле

	(2.23)
где		–	мощность i-того пласта принятого к одновременной отработке, м;
		–	объёмная масса угля i-того пласта, принятого к одновременной отработке, т/м^3.

Средневзвешенное годовое подвигание линии действующих очистных забоев (м) определяется по формуле

	(2.24)
где		–	число рабочих дней в году (в расчётах можно принимать 300 дней). В работе принято ;
		–	коэффициент, учитывающий влияние горно-геологических условий.
	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5
	0,85	0,90	0,95	0,94	0,92	0,90	0,85	0,80	0,75	0,70	0,65

Таким образом, принято .

		–	средневзвешенная (по пластам) длина очистного забоя, м;
		–	коэффициент извлечения угля в очистном забое. Изменяется в пределах 0,90÷0,95. В работе принято

Средневзвешенная (по пластам) длина очистного забоя (м) определяется по формуле

	(2.25)
где		–	длина очистного забоя на i-том пласте, м. В работе принято м.

Действующая линия очистных забоев (м) определяется по формуле

	(2.26)
где		–	годовая добыча угля на шахте, т.
		–	коэффициент, учитывающий добычу угля из очистных забоев;
		–	коэффициент добычи угля из действующих забоев в общешахтной добыче, который может быть выражен как отношение числа лаво-смен в сутки действующих забоев к числу лаво-смен всех очистных забоев (действующих и резервно-действующих).

При отработке пластов длинными забоями с проведением подготовительных выработок узким забоем , широким забоем . В работе принято .

В благоприятных горно-геологических условиях , в неблагоприятных условиях . В работе принято .

Число действующих очистных забоев по шахте при средней длине очистного забоя определяется по формуле

	(2.27)
где		–	коэффициент запаса на монтажно-демонтажные работы. В работе принято .

Окончательно принимается .

Принятая действующая линия очистных забоев определяется по формуле

(2.28)

 

Режим работы шахты

Главным звеном всего производственного процесса добычи угля на шахте являются очистные работы, поэтому наряду со своевременным воссозданием необходимого фронта очистных забоев, должна быть обеспечена всеми технологическими звеньями шахты непрерывная и ритмичная работа очистных забоев на основе организации производства и цикличности очистной выемки.

В зависимости от числа рабочих дней в месяце режим может быть непрерывным (30 дней в месяце) и прерывным (22-25 дней в месяце).

В данном курсовом проекте принимаем прерывный режим работы шахты, который характеризуется:

- число рабочих дней в месяце 25,4 (304,8 дней в году);

- 2 выходных дня в неделю: один общий для всей бригады, а второй предоставляется по скользящему графику в течение недели

- 6-ти часовой рабочий день;

- 4-х сменный график работы (первая смена - ремонтная).

Применение такого графика организации работ обеспечит качественное выполнение мероприятий по промышленной безопасности и максимальную производственную мощность шахты.

 

3 Вскрытие и подготовка шахтного поля

Планировка шахтного поля

Основными факторами при планировке шахтного поля являются его размеры. В данном курсовом проекте рассматривается шахтное поле с размером по простиранию м и по падению м.

Для обеспечения рациональной и экономически эффективной отработки запасов, целесообразно шахтное поле по падению разбить транспортным горизонтом на две выемочные ступени. При этом бремсберговая часть будет иметь размер м, а уклонная м.

Вскрытие шахтного поля

Существует три стадии разработки угольного месторождения:

- вскрытие запасов шахтного поля;

- подготовка вскрытых запасов шахтного поля к очистным работам;

- очистные работы.

Вскрытие – это проведение сети вскрывающих выработок, обеспечивающих доступ к угольному пласту с поверхности.

Способы вскрытия классифицируются по следующим ниже перечисленным признакам:

1. Типу главной вскрывающей выработки:

- вскрытие вертикальными стволами;

- вскрытие наклонными стволами;

- вскрытие штольнями;

- комбинированный способ вскрытия: способ вскрытия, сочетающий в себе элементов вскрытия вертикальными стволами, наклонными стволами и штольнями.

2. Типу вспомогательных вскрывающих выработок:

- с горизонтальными вспомогательными вскрывающими выработками;

- с вертикальными вспомогательными вскрывающими выработками;

- с наклонными вспомогательными вскрывающими выработками;

- комбинированный способ;

- без вспомогательных вскрывающих выработок.

Схема вскрытия шахтного поля – пространственное расположение сети горных выработок.

Схемы вскрытия классифицируются по следующим признакам:

1. Числу транспортных горизонтов:

- одногоризонтные;

- многогоризонтные;

- безгоризонтные.

2. Типу дополнительных вскрывающих выработок:

- с квершлагами;

- с гезенками;

- со слепыми стволами;

- без дополнительной вскрывающей выработки.

3. Расположению главных вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля:

- с центрально-сдвоенными стволами;

- с центрально-отнесенным;

- фланговым;

- блоковыми или секционными стволами;

- комбинированные;

4. Месту вскрытия стволами в вертикальной плоскости:

- у верхней границы;

- у нижней границы;

- в середине шахтного поля;

- на каждом горизонте или этаже;

- через один или несколько этажей.

Схема и способ должны обеспечивать: рациональную разработку шахтного поля в течение всех этапов работы шахты и получение стабильной проектной добычи угля на каждом этапе; минимальный объем вскрывающих выработок; минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие шахтного поля и строительство шахты; однотипность транспорта по всем горным выработкам и т.д.

В курсовом проекте принято:

- способ вскрытия – наклонными стволами;

- схема вскрытия – одногоризонтная, с капитальными квершлагами.

Сущность. При вскрытии пластов в породах лежачего бока проводят главный (конвейерный) и вспомогательные (два воздухоподающих и путевой) наклонные стволы до отметки транспортного горизонта +100 м. На уровне транспортного горизонта сооружают околоствольный двор, проводят главный транспортный и воздухоподающий квершлаги, вскрывающие все рабочие пласты. Затем по пластам проводят штреки и остальные участковые выработки в зависимости от системы разработки. Воздухоподающий квершлаг необходим для обособленного проветривания главного квершлага и главного наклонного ствола согласно Правилам Безопасности (ПБ) [1].

При проветривании первого рабочего горизонта свежий воздух в шахту поступает по вспомогательным воздухоподающим ство­лам, по воздухоподающему квершлагу. Затем часть воздуха поступает на главный квершлаг и по главному наклонному конвейерному стволу выдается на поверхность. Остальной воздух по путевому наклонному стволу и бремсбергу поступает до подготовительных и очистного забоев. Отработанный воздух выдается на земную поверхность по фланговым наклонным стволам и по шурфу.

Транспорт полезного ископаемого при отработке бремсберговой части шахтного поля осуществляется от забоев до бремсберга, далее по бремсбергу, конвейерному штреку, главному квершлагу и по главному конвейерному наклонному стволу на земную поверхность.

По мере отработки запасов бремсберговой части шахтного поля вскрывается и подготавливается уклонная часть шахтного поля. Удлиняется воздухоподающий наклонный ствол до горизонта – 110 м и воздухоподающий квершлаг. Остальные выработки проходят в соответствии с принятой системой разработки.

При отработке уклонной части шахтного поля горная масса от забоев поступает по уклонам на конвейерный штрек транспортного горизонта +100 м. Затем по главному квершлагу горная масса поступает на главный наклонный ствол и конвейером выдается на земную поверхность.

Применение наклонных стволов позволяет применить полную конвейеризацию на шахте, что существенно упрощает организацию транспортна полезного ископаемого на поверхность.

 

Подготовка шахтного поля

Подготовкой шахтного поля называют проведение после вскрытия шахтного поля системы подготавливающих горных выработок, обеспечивающих условие для эффективной и безопасной выемки полезного ископаемого. Подготовку шахтного поля обычно ведут частями и по мере их отработки подготавливают следующие части. Постоянное возобновление готовых к выемке запасов взамен отрабатываемых называют воспроизводством запасов. При этом различают способ и схему подготовки.

Способ подготовки шахтного поля или его части – расположение подготавливающих выработок в шахтном поле или его части относительно пласта и элементов его залегания.

По расположению подготавливающих выработок относительно пласта различают:

1. Пластовый способ подготовки шахтного поля – способ, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится по пласту.

2. Полевой способ подготовки шахтного поля – способ подготовки, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится по породе.

3. Пластово-полевой (комбинированный) способ подготовки шахтного поля – способ подготовки представляет собой комбинацию описанных выше способов.

При подготовке пластов в свите различают два способа:

- Индивидуальная подготовка – способ, при котором весь комплекс подготавливающих выработок проводится для каждого пласта. Индивидуальная подготовка может быть как полевой, так и пластовой. Способ применяется при мощности междупластий >60 м. Отработку пластов при индивидуальной подготовке производят раздельно или совместно.

- Групповая подготовка – способ подготовки, при котором комплекс подготавливающих выработок (групповые выработки) используется для одновременной отработки двух и более пластов.

Схема подготовки – характерное расположение объединенных с учетом функционального назначения в единый комплекс подготавливающих выработок, обеспечивающих деление шахтного поля на готовые к выемке части.

Различают следующие схемы подготовки:

- Погоризонтная схема подготовки шахтного поля.

Погоризонтнаясхема подготовки – пространственное расположение горных выработок, делящее шахтное поля транспортными горизонтами на выемочные ступени, отрабатываемые затем по падению и восстанию. Область применения – пласт с . Размер выемочной ступени по простиранию равен размеру шахтного поля, размер по падению 400 – 3900 м.

- Панельная схема подготовки шахтного поля.

Панельная схема подготовки шахтного поля – совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на панели. Область применения . Размер по падению 1200-1500 м, по простиранию 3500-4000 м.

- Этажная схема подготовки шахтного поля.

Этажная схема подготовки шахтного поля – совокупность выработок, разделяющих шахтное поле на этажи.

Область применения . Высота этажа при 800-400 м, при 120-150 м.

- Комбинированные схемы подготовки шахтного поля.

Комбинированные схемы подготовки шахтного поля – схемы, при которых одновременно или последовательно шахтное поле делится на этажи и панели, панели и горизонты, этажи, панели и горизонты.

В данном курсовом проекте принимается способ подготовки – пластовый, схема подготовки – этажная. Наиболее распространенной является система разработки длинными столбами по простиранию при этажной схеме подготовки. Основными параметрами следует считать размер этажа по простиранию, длину очистного забоя, и размеры охраняемых целиков. Длина очистного забоя представляет собой параметр, оказывающий существенное влияние на многие показатели. От длины очистного забоя зависит объем проведения подготовительных выработок на 1000 т добычи, потери полезного ископаемого, нагрузка на очистной забой, а так же уровень техникэкономических показателей.

Проветривание очистного забоя происходит по следующей схеме, свежий воздух в шахту подается по воздухоподающему наклонному стволу, воздухоподающему квершлагу на магистральный конвейерный штрек. На магистральном конвейерном штреке свежий воздух распределяется: часть его поступает для проветривания главного квершлага и главного наклонного ствола, а другая его часть поступает на путевой наклонный ствол и бремсберг. Далее подается на конвейерный штрек выемочного участка 1‑1 до забоя выемочного участка 1-1, омывает забой выемочного участка 1-1 и по вентиляционному штреку 1-1 по шурфу выдается на земную поверхность.

Транспортировка горной массы от забоя выемочного участка 1-1 производится по конвейерному штреку 1-1 до бремсберга, далее по бремсбергу до магистрального конвейерного штрека, главному квершлагу и по главному конвейерному наклонному стволу на земную поверхность. Транспортировка горной массы производится ленточными конвейерами. Доставка материалов и оборудования в подготовительные и очистные забои с поверхности производится дизелевоза по путевому наклонному стволу либо по фланговому наклонному стволу.

 

3.4 Альтернативные варианты вскрытия и подготовки шахтного поля

Самым распространенным методом выбора схемы вскрытия и подготовки является метод вариантов. В его основе лежит экономическое сравнение конкурирующих вариантов. Так как в данном проекте пласты относятся к пологим, то в качестве основных схем вскрытия и подготовки принимаются варианты для пологих и наклонных пластов.

В курсовом проекте принимается альтернативный вариант вскрытия шахтного поля комбинированный способ вскрытия:

- схема вскрытия – одногоризонтная с капитальными квершлагами и проведением воздухоподающего ствола для проветривания уклонной части шахтного поля. Альтернативный вариант схемы подготовки: этажная схема. Альтернативный способ подготовки шахтного поля пластово-полевой (комбинированный).

При вскрытии пластов проводят главный наклонный, вспомогательный вертикальный клетевой и наклонный путевой стволы до отметки транспортного горизонта +100 м. На уровне транспортного горизонта сооружают околоствольный двор и проводят главный и воздухоподающий квершлаги, вскрывающие все рабочие пласты. Затем по пластам проводят магистральные конвейерные штреки и остальные участковые выработки в зависимости от системы разработки.

Свежий воздух в шахту поступает по вспомогательному клетевому ство­лу, по воздухоподающему квершлагу. Затем часть воздуха поступает на главный квершлаг и по главному наклонному конвейерному стволу выдается на поверхность. Остальной воздух по воздухоподающему квершлагу, путевому штреку, бремсбергу подаётся по конвейерному штреку в очистной забой выемочного участка 1-1, исходящая струя по вентиляционному штреку и шурф выдаётся на поверхность.