Введение
Функционирование и развитие топливно-энергетического комплекса Украины в значительной степени предопределяется состоянием и развитием угольной промышленности. Данное утверждение основано на анализе структуры запасов органического топлива государства, где уголь составляет 95,4%, и не противоречит сложившейся в мировой тенденции добычи и использования его как главного энергоресурса, потребность в котором в единых технологических цепочках "уголь - энергетика" и "уголь - кокс - металл" возрастает.
Однако украинские угольные месторождения характеризуются чрезвычайно сложными геологическими условиями эксплуатации, а большинство угледобывающих предприятий -- незначительной производственной мощностью и низким техническим уровнем. Вся добыча каменно-го угля ведется подземным способом, и лишь небольшой объем угля добывается разрезах. Кроме того, в последние годы наметилась тенденция падения добычи угля, сокращения количества лав, а также резкого ухудшения технико-экономических показателей -- растет себестоимость продукции, снижается производительность труда, сокращается численность шахтеров.
Исходя из значимости угольной промышленности в экономике Украины, развитие отрасли должно сводиться к следующему:
приоритетное обеспечение государства углем собственного производства;
защита отечественной угольной промышленности от излишнего импорта угля;
реструктуризация отрасли за счет сокращения необоснованного закрытия шахт и разрезов, расширения объемов реконструкции действующих и строительства новых угледобывающих предприятий, дальнейшей модернизации и технического переоснащения шахтного фонда;
финансовая поддержка производственно-хозяйственной и коммерческой деятельности отрасли за счет государственного бюджета;
преимущественно государственная собственность на угольные предприятия в результате сохранения контрольного пакета акций при изменении форм собственности;
разработка условий, способствующих привлечению инвестиций, необходимых для развития угольной промышленности;
повышение престижности горняцкой профессии и социальной защиты шахтеров.
обеспечение безопасных условий работы и снижение себестоимости угля за счет улучшения поддержания горных выработок и их длительного использования.
Исходя из всего вышеизложенного следует, что важную роль в развитии угольной отрасли занимает снижение затрат на поддержание горных выработок шахт, особенно прилегающих к очистным забоям и выбор оптимальной технологии угледобычи.
Данным курсовым проектом предусматривается выполнить на базе теоретических знаний курса «Управление состоянием массива горных пород» расчёты напряжённо - деформированного состяния горных пород выемочного участка. На основании расчётов определить воздействие породного массива на крепь горных выработок и выбрать оптимальне параметры их поддержания и отработки очисного забоя.
1. Оценка состояния массива горных пород
1.1Горно - геологический прогноз
1.Определяем глубину отработки выемочного участка 19 восточной лавы по поверхностным скважинам:
Скв. №1 - (+260; -596). Глубина по скважине №1 Н=296-(-596) = 892 м
Скв. №2 - (+261; -570). Глубина по скважине №1 Н=261-(-570) = 831 м
Скв. №3 - (+265; -538). Глубина по скважине №1 Н=265-(-538) = 803 м
Определяем среднюю глубину выемочного участка:
2.Определяем средний угол наклона пласта на выемочном участе 19 восточной лавы
3.Определяем длину лавы графическим образом
4.Газоносность угля, пород:
разрабатываемый угольный пласт k8 -газоносный;
в почве угольного пласта k8 залегает газоносный песчаник.
5. Склонность угольного пласта к внезапным выбросам угля и газа - склонен.
6. Склонность пласта к горным ударам - данные отсутсвуют.
7. Склонность пласта к самовозгаранию - не склонен.
8. Выбросоопасность пород - данные отсутсвуют.
9. Подработан или надработан пласт - данные отсутсвуют.
10. Границы зон повышенного горного давления - отсутсвуют данные, имеется зона ОГД от отработанного вышележащего выемочного участка:
длина зоны по простиранию по всей длине восточного вентиляционного штрека;
длина зоны по падению - 50 м.
где Lствола - расстояние от выемочного участка до ствола ( теодолитная точка), принимаем 1000 м.
11.Определяем среднюю мощность пласта выемочного участка
2. Выбор форм и определение размеров поперечного сечения выработки
выработка проходческий тупиковый
2.1 Выбор формы и типа крепления выработки
Поперечное сечение горизонтальных и наклонных выработок имеет следующие формы: арочная, сводчатая, круглая, трапециевидная, прямоугольная, полигональная.
При выборе формы поперечного сечения необходимо руководствуемся следующими критериями:
- минимальная стоимость проведения выработки;
- минимальные затраты на поддержание выработки в течение всего срока службы.
По условиям выработка проводится в глухих породах (главный полевой транспортный штрек) и наиболее рациональна форма сечения - арочная. стр. 5-6 [1]
Для крепления выработки будем использовать арочную крепь из профиля СВП (стальной профиль взаимозаменяемый). Основным преимуществом арочной крепи является наличие поддатливости при проявлении горного давления и возможность замены вышедших элементов крепи при их деформации, собенно в условиях длительной эксплуатации. Затяжку выработки будем осуществлять железобетонной затяжкой всплошную.
2.2 Определение размеров выработки по габаритам транспортных средств
Первоначальные размеры поперечного сечения определяются в зависимости от габаритов подвижного состава, а также зазоров, предусмотренных Правилами безопасности.
В соответсвии с приложением 2 таблица 1 [2] минимальная площадь поперечного сечения выработки - главный полевой транспортный штрек, должно быть не менее 9,0 м2 при высоте от почвы до крепи выработки - не менее 1.9 м.
В выработке, по условиям задания, при эксплуатации будет расположено 2 колеи рельсового транспорта шириной 900 мм, по которым будет осуществляться перевозка вагонов ВГ - 3.3.
Определяем первоначальные размеры поперечного сечения выработки графоаналитическим способом (стр. 7 данного курсового проекта) на основании таблицы 4 [1] , стр. 167-177 [3] и [4] .
2.2 Расчётная схема для определения размеров сечения выработки
Расчёт габаритов выработки производим с учётом возможности проезда электровоза (наиболее распространённый вид АМ - 8Д или 2АМ- 8Д) по 2 рельсовым путям одновременно.
Так как ёмкость перевозимых вагонеток превышает 2 м3, то принимаем для укладки транспортного пути рельсы Р-33. В соответсвии с таблицей 7 [1], рельсовый путь с использованием рельс Р-33 имеет следующее строение:
- высота верхнего строения пути (расстояние от почвы выработки до головки рельсов) hв, мм - 390 мм;
- толщина балластного слоя ( расстояние от почвы выработки до верхнего уровня балласта) hб, мм - 200 мм;
- расстояние от балластного слоя до уровня головки рельсов hср, мм - 190 мм;
- высота профиля рельсов hпр, мм - 128 мм.
Высота электровоза от головки рельса h=1415 мм (паспортная величина);
Определяем размеры прохода людей и зазоры между электровозом и крепью на уровне подвижного состава:
где hл - высота прохода для людей от уровня балласта (тротуара), hл= 1800 мм
nmin - минимальный зазор между подвижным составом и рамной крепью,
nmin = 250 мм (приложение 2 табл.2 [2])
mmin - проход для людей между подвижным составом и крепью выработки,
mmin = 700 мм (ПБ, приложение 2 табл.2 [2])
б - угол перехода прямой части стойки в криволинейную, б=20°
Определяем ширину выработки в свету на высоте верхней кромки подвижного состава
где А=1350 мм - ширина электровоза (паспортная величина);
р=200 мм - зазор межу встречными подвижными составами (приложение 2 табл.2 [2]).
Графически определяем положение вертикальной оси выработки и расстояние от оси выработки до осей рельсовых путей.
В соответствии с таблицей 8 [1] принимаем следующие параметры крепи исходя из вышеприведённых расчётов:
hс=900 мм - длина прямой части стойки;
Сц = 20 мм - смещение радиуса дуги стойки от оси выработки;
в0=41041' - центральный угол дуги стойки
Определяем графически радиус дуги стойки R =2300 мм
Определяем ширину от оси выработки до габарита свободного прохода для людей графическим способом
Определяем радиус дуги верхняка
где = 29 мм - высота фланца спец. профиля (СВП-27)
Определяем высоту от центра радиуса дуги верхняка и центральный угол дуги верхняка
Определяем ширину выработки в свету по почве графическим способом
Определяем высоту выработки в свету по почве графическим способом
Определяем сечение выработки в свету до осадки
Определяем сечение выработки в свету после осадки
Рассчитываем периметр выработки в свету
Определяем ширину выработки вчерне на уровне подвижного состава
где - высота спецпрофиля;
- высота затяжки
- горизонтальное перемещение в боках выработки
Определяем высоту выработки вчерне
- вертикальное перемещение пород
Определяем площадь поперечного сечения вчерне
Определяем площадь поперечного сечения в проходке
- коэффициент излишка сечения, принимаемый по табл. 9 «Методических указаний …» Б486, =8%
2.3 Проверка поперечного сечения выработки по условиям проветривания
Площадь поперечного сечения по фактору вентиляции
Где V - скорость движения воздуха в выработке, регламентируемая ПБ, м/с
V = 8 м/с -таблица 3 [2].
Q - количество воздуха, проходящего по выработке, Q = 90 м3/с
Так как расчётные параметры выработки не соответсвуют требованиям по условию вентиляции, то используем для выбора арочной крепи сечение
Согласно вышеуказанным параметрам арочной крепи, выбираем из нормативного документа [5] принимаем арочную крепь КМП - А3/13,3 с . Параметры арочной крепи КМП - А3/13.3 с располагаемым оборудованием см. стр. 12 данного курсового проекта.
2.4 Определение пропускной способности выработки по транспортированию угля за сутки
где кф - коэффициент, учитывающий неравномерность добычи и утечки воздуха, кф=1,5;
qл - выделение метана (м3) на 1 т суточной добычи, qл=15 м3/т;
d - допустимое содержание метана в исходящей струе воздуха, определяемое в соответствии с требованиями ПБ, d=1%.
2.5 Расчёт площади поперечного сечения выработки с учётом её безремонтного поддержания
где кф - коэффициент пропорциональности между вертикальным смещением кровли выработки и уменьшением сечения, зависящий от формы и размеров поперечного сечения, кф = 4,5;
Uкр - величина вертикальных смещений кровли (м), определяемая прочностными свойствами пород, способом охраны выработки, влиянием очистных работ и другими факторами, Uкр=100 мм ( расчётная схема …)
кс - коэффициент, учитывающий влияние площади поперечного сечения,
кс=0,04;
Sсв - предельное значение площади поперечного сечения выработки в свету, определяемое из условий размещения транспортных средств и подачи требуемого количества воздуха с допустимой скоростью, Sсв =12,1 м2 (после осадки);
ксл - коэффициент, учитывающий срок службы выработки Тсл, ксл=0,002
Тсл - срок службы выработки, Тсл = 20 лет
В целях поддержания выработки в соответсвии с проектными решениями, предусматриваем её перекрепление при деформации арочной крепи, при пучении пород почвы - подрывка почвы.
3. Расчёт проявлений горного давления, выбор типа и параметров крепи
По условиям данной работы, проектируемой выработкой является главный полевой транспортный штрек, т.е. выработка имеет длительный срок службы и должна находиться вне влияния очистных работ. Проведение выработки необходимо выполняться по глухим породам.
В соответсвии с требованиями п.2.3. [6], а также нормативного документа [7] для улучшения условий поддержания и обеспечения рабочего состояния выработки, её следует располагать по возможности в устойчивых породах.
Кроме этого, необходимо предусматривать следующие меры охраны выработки:
оставление предохранительных целиков, исключающих влияние очистных работ;
расположение выработок на расстояниях, исключающих их взаимное влияние;
рациональный порядок ведения горных работ;
расположение выработок в предварительно разгруженной области массива.
Исходя из всего вышеуказанного, а также на основании исходных данных для проектирования выработки, принимаем место заложения горной выработки в почве угольного пласта, так как в ней залегают прочные и значительные по мощности слои породы (алевролит с усж= 70 МПа m=20 м и аргиллит с усж= 400 МПа m=17 м).
С целью уменьшения взаимного влияния выработок (так как по угольному пласту возможно проведение других горных выработок) предусматриваем расположение главного полевого транспортного штрека на расстоянии не менее 20 метров от угольного пласта (стр. 10 [8]).
Наиболее оптимальное расположение выработки - на границе алевролита и аргиллтом, с расположением штрека в слое аргиллита, что позволит использовать для ведения работ наиболее производительный комбайновый метод проведения выработки.