Тема работы: определение размеров поперечного сечения и расчет его параметров. Расчет параметров буровзрывных работ на проходку выработки.

Цель работы: приобретение навыков расчета основных сечений выработок с учетом назначения выработки, необходимых зазоров и горнопроходческого оборудования, и определения необходимого количество взрывчатых веществ.

Задачи работы

1. Ознакомиться с основными понятиями и определениями.
2. Выполнить задание согласно рекомендациям, изложенным в теоретической части практической работы, используя справочную информацию и нормативные документы.
3. Письменно ответить на контрольные вопросы.
4. Оформить результаты в виде отчета согласно требованиям.

Перечень обеспечивающих средств: компьютерное и мультимедийное оборудование, нормативно–правовая документация.

Общие теоретические сведения

Деятельность в области шахтного и подземного строительства регламентируется следующими федеральными нормами и правилами:

• Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых», от 08.12.2020 г. № 505–ФНП (открыть);
• Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения», утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 3 декабря 2020 года № 494 (открыть);
• СП 91.13330.2012 Подземные горные выработки (открыть);
• нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий металлургии с подземным способом разработки ВНТП 13–2–93 (открыть).

1. Определение размеров поперечного сечения и расчет ее параметров

Форма поперечного сечения выработок зависит от физико–механических свойств пород, назначения, срока службы выработок, материала и конструкции крепи, а также способа проведения выработок.

Для горизонтальных горных выработок применяют такие формы поперечных сечений, как трапециевидная, прямоугольная, прямоугольно–сводчатая, круглая, арочная, полигональная, асимметричная и др.

В данном практической работе рекомендуется принимать одну из двух форм поперечного сечения выработки: прямоугольно–сводчатую или трапециевидную.

Различают поперечное сечение в свету, в проходке и вчерне, или проектное сечение. Площадь поперечного сечения, ограниченная внутренним контуром крепи и поверхностью балластного слоя, называется сечением в свету, а ограниченная породным контуром проведенной выработки – сечением в проходке.

Сечением вчерне называют площадь поперечного сечения, равную сумме площади в свету, площади занятой крепью и балластным слоем, т.е. контур поперечного сечения вчерне – это фактически проектный контур поперечного сечения выработки.

Прямоугольно–сводчатую форму поперечного сечения рекомендуют применять в устойчивых породах, когда запас прочности составляют не менее 4. Такую же форму имеет сече­ние выработки, пройденной в недостаточно устойчивых породах, когда запасы прочности породного массива по контуру сечения можно компенсировать возведением в выработке облегченной крепи – анкерной, набрызг–бетонной или комбинированной (анкерная с металлической сеткой, анкерная с набрызг–бетоном по металлической сетке).

Если же запас прочности пород существенно ниже указанного значения, то грузонесущей способности облегченной крепи оказывается недостаточно. В таких условиях выработке придают трапециевидную форму сечения, в которой возводят рамную крепь, преимущественно из дерева.

Предварительно выбор крепи и, соответственно, формы поперечного сечения можно произвести на основании расчета показателя устойчивости П_у.

Вычисляют показатель устойчивости контура горной выработки:

П_у = g*H /σ_сж ,     (1)

где σ_сж – предел прочности породы при сжатии (ориентировочно можно принять σ_сж = 10⁶f, где f – коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, f = 12);

g – объемная масса породы (g = 2,75), кг/м³;

H – глубина заложения выработки (H = 150), м.

По полученному значению П_у выбирают материал для крепления выработки:

• при П_у > 0,20 применяют либо комбинированные крепи, либо тяжелые виды крепи (бетон, железобетон);
• при П_у = 0,15–0,20 в качестве крепежного материла рекомендуется применять дерево или металл (в зависимости от срока службы выработки);
• при П_у = 0,05–0,15 в породах I и II категории по трещиноватости (сильнотрещиноватые) выработку крепить набрызгбетоном, а в породах III–IV категорий (среднетрещиноватые) целесообразнее использовать анкерную крепь;
• при П_у < 0,05 выработку можно проходить без крепления.

В соответствии с выбранным материалом для крепления, определяют форму поперечного сечения выработки.

При креплении выработок деревом форма поперечного сечения принимается трапециевидная или прямоугольная; металлом – арочная (прямоугольная).

При всех остальных видах крепи поперечное сечение выработки принимают прямоугольно–сводчатой формы. Такую же форму придают и выработкам, пройденным без крепления.

Построение поперечного сечения выработки прямоугольно–сводчатой формы «вчерне» и «в свету» производят с учетом следующих рекомендаций.

Ширина горной выработки при использовании самоходного оборудования складывается из ширины а пешеходной дорожки (рис. 1, а), ширины транспортного оборудования (А) и минимального расстояния между транспортным оборудованием и стенкой выработки (С), т.е. В = а + А + С. При отсутствии пешеходной дорожки (рис. 1, б) В = А + 2С.

Зазор между транспортным средством и стенкой выработки со стороны тротуара должен быть не менее 1200 мм, с противоположной стороны, а также при отсутствии пешеходного движения зазор между стенкой выработки (крепью) и транспортным средством – не менее 500 мм. На поворотах проезжая часть должна быть расширена на величину выбега, при этом необходим поперечный уклон дороги в зависимости от радиуса поворота и конструктивных особенностей машины (на 300–500 мм).

Принять погрузочно–доставочную машину (ПДМ) шириной – 2000 мм, высотой – 1800 мм.

В породах с коэффициентом крепости f > 12 высоту свода принимать h_СВ = 1/4 b, где b – ширина выработки.

В породах менее крепких f ≤ 12 высота свода h_СВ = 1/3 b.

Радиусы R и r принимать следующие:

• при h_СВ = 1/4b R = 0,9 B и r = 0,17 B;
• при h_СВ = 1/3b R = 0,7 B и r = 0,26 B;

Площадь поперечного сечения в свету:

• при h_СВ = 1/4b S_СВ = B(h_б + 0,175B);
• при h_СВ = 1/3b S_СВ = B(h_б + 0,2B).

где h_б – высота боковой (прямоугольной) стенки выработки:

h_б = высота ПДМ + необходимый зазор (500 мм).

Площадь поперечного сечения вчерне определяют с учетом толщины принятой крепи и высоты породной подушки (h_п = 200 мм).

При бетонной крепи толщину стенок и свода принимать равной 200 мм. При креплении вы­работок набрызгбетонной крепью толщину крепи принимать равной 50 мм. В выработках, пройденных без крепления или закрепленных анкерной крепью, площади поперечного сечения «в свету» и «вчерне» отличаются лишь на величину площади породной подушки.

Принятую к использованию площадь поперечного сечения выработки в свету проверяют по скорости движения воздуха, которая не должна превышать нормативную скорость (для горно–капитальной выработки v₁ = не более 8 м/с, для подготовительной – не более 6 м/с).

,     (2)

где v – скорость воздушной струи при данных размерах поперечного сечения выработки, м/с;

Q – количество воздуха, проходящего по выработке (принять 20 м³/с);

S – площадь сечения выработки в свету, м²;

v₁ – допустимая согласно «Правилам безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых».

2. Расчет параметров БВР на проходку выработки

Основным способом проходки горных выработок в крепких скальных и полускальных породах осуществляется буровзрывным способом.

При взрывных работах применяют различные технические приёмы и средства, учитывающие конкретные условия и обеспечивающие надёжное взрывание зарядов ВВ.

Взрывчатое вещество (ВВ) – химические соединения или смеси таких соединений, которые под воздействием определенных внешних воздействий способны к быстрому, саморазвивающемуся химическому превращению в большое количество газов.

Взрывание – процесс детонирования зарядов ВВ в заданной последовательности и в определённый промежуток времени, осуществляемый средствами инициирования (СИ), передающими импульс заряду ВВ и тем самым вызывающими (возбуждающими) его детонацию.

Взрываемостью горных пород – называется их способность сопротивляться разрушению под действием энергии взрыва заряда.

Взрываемость оценивается удельным расходом ВВ.

Удельным расходом ВВ – называется количество ВВ, необходимое для разрушения 1м³ породы.

Данные для расчета:

1. Тип применяемого ВВ – аммонит № 6ЖВ патронированный.
2. Способ взрывания – электрический.
3. Бурение шпуров при проходке горизонтальных выработок предусмотрено производить буровой установкой Boomer 104, фирмы «Atlas Copco», заряжание механическое.
4. Коэффициент крепости пород составляет f = 12 по шкале М. М. Протодьяконова.

Таблица 1 – Расчет параметров БВР на проходку выработки

Наименования	Ед. изм	Горно–капитальная выработка	Подготовительная выработка
Sпр – площадь выработки	м2
Количество шпуров	шт.
qвв – удельный расход ВВ (ВНТП 13–2–93, табл. 4.21)	кг/м3	2,5	2,5
h – КИШ	д.е.	0,9	0,9
Lп – длина патрона	м	0,25	0,25
Рп – масса патрона	кг	0,2	0,2
kз – коэффициент заполнения шпура	д.е.	0,75	0,75
Lш – длина шпура	м	2,0	1,8
Объем горной массы, отбиваемый за цикл: V = S×Lш× η	м3
Фактический удельный расход ВВ: qф = Qф / V	кг/м3
Расход ВВ на цикл Qф = (Lб х Рп)/ Lп	кг
Объем бурения на цикл Lб=N х Lш	м
Удельный расход шпурометров = Lб/ V	м/м3

Задание

1. Изучить нормативно–правовые акты и содержание раздела «Общие сведения».
2. Определить размеры поперечного сечения выработки и тип крепления с учетом устойчивости пород и назначения выработки.
3. Рассчитать необходимое количество взрывчатых веществ для проходки горных выработок за цикл, заполнив таблицу 1.
4. Дать определение, что является проходческим циклом и из каких основных операций он состоит.
5. Письменно ответить на контрольные вопросы.
6. Оформить результаты в виде отчета согласно требованиям.

Контрольные вопросы

1. Основные типы горных выработок.
2. Способы проходки горных выработок.
3. Формы сечения горизонтальных горных выработок.
4. Виды горных крепей (обделок) и требования к ним.
5. Техническая документация при производстве взрывных работ.