Характеристика месторождения и Анализ условий охраны и поддержания выработок 1 страница

1.1 Особенности горно-геологических условий охраны и поддержания выработок.

1.2 Анализ горнотехнической обстановки при отработке запасов на действующей шахте.

1.3 Обобщение опыта охраны и поддержания горной выработки на действующей шахте. Выбор направления повышения её устойчивости.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОХРАНЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

2.1 Выбор места расположения выработки относительно пласта и вмещающих пород, способа проведения. Обоснование формы и величины поперечного сечения выработки.

2.2 Определение физико-механических свойств горных пород и условий поддержания выработок.

2.3 Выбор и обоснование способов охраны горных выработок. Расчёт параметров элементов охраны.

2.4 Расчёт смещений пород в горных выработках по вариантам охраны.

2.5 Разработка рациональных паспортов крепления и охраны выработок.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ОХРАНЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

3.1 Обоснование необходимых объёмов работ по проведению, поддержанию, ремонту выработки и других попутных затрат.

3.2 Расчёт стоимости отдельных видов затрат.

3.3 Экономическое сравнение вариантов.

3.4 Выводы по сравнению вариантов, рекомендации по охране выработки

Выводы

Перечень ссылок

 

Графическая часть курсового проекта выполняется на листе ватмана формата А-1, как правило, тушью или по согласованию с руководителем карандашом. Допускается распечатка на плоттере.

На листе графической части должны быть изображены:

1. Структурная колонка пласта и вмещающих пород с указанием их мощности и прочности, а также обозначением пород согласно ДСТУ.

2. Выкопировка из плана горных работ шахты с привязкой проектируемой выработки в конкретной горно-геологической обстановке в масштабе 1:2000 и указанием всех размеров. При выполнении курсового проекта по отвлечённым данным подпункт 1.3 не выполняется и выкопировка из плана горных работ не приводится.

3. По каждому варианту охраны следует представить систему разработки в масштабе 1:2000 с указанием схемы транспорта, вентиляции участка, а также погашенных, находящихся в эксплуатации и вновь проводимых выработок, места проведения мероприятий по управлению массивом горных пород.

4. Сечения выработок в наиболее характерные периоды их эксплуатации по вариантам в масштабе 1:50 или 1:100. Они изображаются с указанием пород, окружающих выработку, крепи, целиков, искусственных сооружений и выработанных пространств в окрестности выработки. На сечении крепь изображается в момент её установки при проходке выработки.

5. Сечения выработок в масштабе 1:100, 1:200 совмещённые с эпюрой напряжения в массиве окружающих пород в период длительного срока её охраны с отражением мероприятий по управлению массивом горных пород.

6. Диаграммы смещений почвы и кровли по длине выработок и основные параметры паспорта крепления и охраны выработок.

7. Таблица технико-экономического сравнения вариантов.

По согласованию с руководителем содержание графической части проекта может быть видоизменено или дополнено в зависимости от конкретного содержания проекта. Все чертежи и надписи должны быть выполнены согласно ДСТУ.

Графическая часть курсовой работы в указанном выше объёме выполняется на листах писчей бумаги, миллиметровки, кальки или ватмана и вставляется в пояснительную записку по мере ссылок на рисунки в виде вкладышей или приложений, помещаемых в конце пояснительной записки.

4 Исходные данные для выполнения курсового проекта

Для того чтобы верно решить вопрос о выборе способа охраны и типа крепи горной выработки, студент во время практики должен собрать и перед началом проектирования представить руководителю следующий фактический материал:

- выкопировка из плана горных работ, из которой были бы ясны детали принятой на шахте системы разработки;

- паспорт проведения и крепления данной выработки;

- паспорт перекрепления данной выработки, если перекрепление производится;

- геологическое описание пласта угля и вмещающих пород на 10 – 20 м от пласта в кровлю и почву с указанием крепости пород, их обводнённости и наличия геологических нарушений;

- зарисовка типичных смещений в данной выработке с указанием примерных величин смещений (выполняется на базе личных наблюдений студента);

- сведения об объёмах ремонтных работ в данной выработке (количество поддирок почвы и глубина поддирки, количество перекреплений и т.п.);

- сведения о мероприятиях по управлению массивом горных пород вокруг горной выработки.

При выполнении курсового проекта по отвлечённым данным в качестве исходных принимаются данные, указанные в бланке задания.

5 Методические указания по выполнению и оформлению отдельных разделов пояснительной записки проекта

Титульный лист пояснительной записки оформляется согласно действующим ДСТУ.

Задание на проектирование оформляется на соответствующей бланке.

Реферат содержит указания о количестве страниц, рисунков, таблиц пояснительной записки и о количестве листов графической части. Далее указывается объект исследования, цель работы, методы исследования. В тексте кратко излагаются содержание курсового проекта и полученные результаты. Ниже приводятся заглавными буквами ключевые слова (не более 15 слов или словосочетаний). Ключевые слова должны отражать основное содержание курсового проекта. Реферат не должен превышать одной страницы текста. Лист реферата снабжается рамкой и штампом установленного образца.

Оглавление составляется с учётом требований ДСТУ, снабжается рамкой и штампом установленного образца. В оглавлении должны быть указаны все разделы и подразделы, указанные в разделе 3 данных методических указаний.

Во введении следует указать, почему состояние рассматриваемой выработки на данной шахте (пласте) является узким местом и почему автор рассматривает вопрос о выборе способа охраны выработки и крепи на данном участке или пласте. В случае выполнения комплексного проекта указывается, какие разделы и чертежи выполнены каждым студентом.

5.1 Характеристика месторождения и анализ условий охраны и поддержания выработок (Раздел 1)

Раздел 1 пояснительной записки выполняется полностью на базе исходных данных, собранных студентом на шахте или приведенных в задании на курсовой проект.

5.1.1 Особенности горно-геологических условий охраны и подержания выработок (подраздел 1.1)

В подразделе 1.1 необходимо описать свойства и мощность вмещающих угольный пласт пород (согласно исходным данным), указать пределы прочности пород при сжатии, параметры угольного пласта и привести в масштабе (М 1:100) стратиграфическую колонку пород. Особое внимание следует обратить на описание обводнённости выработки и наличие геологических нарушений по длине выработки.

5.1.2 Анализ горнотехнической обстановки при отработке запасов на действующей шахте (подраздел 1.2)

В подразделе 1.2 записки следует описать принятую на шахте или указанную в задании систему разработки, привести чертёж системы разработки, где отразить проветривание, транспорт, погашение выработок, очистные и подготовительные работы. Следует в записке указать срок службы выработок. Если с течением времени система разработки менялась, то нужно указать причины, побудившие шахту принять такое решение. Существующую систему разработки следует проанализировать с точки зрения её эффективности в данных условиях.

5.1.3 Обобщение опыта охраны и поддержания горной выработки на действующей шахте. Выбор направления повышения её устойчивости (подраздел 1.3)

Подраздел 1.3 (как уже указывалось, при выполнении курсового проекта по отвлечённым данным подраздел 1.3 не выполняется) записки должен содержать сведения о расположении выработки относительно пласта и подробный анализ принятого способа охраны выработок. Следует указать точно параметры существующего способа охраны: тип и характеристику крепи выработки, размеры целиков, порядок возведения искусственных сооружений, количество и размеры отдельных элементов искусственных сооружений. Подраздел должен обязательно иллюстрироваться рисунками, поясняющими принятый способ охраны выработки, характер деформации крепи выработки и пучения пород почвы. На основании анализа шахтного способа охраны выработки намечаются возможные пути повышения её устойчивости.

Обычно повышение устойчивости выработки можно достичь следующими мероприятиями:

· увеличением сечения выработки;

· изменением типа крепи;

· установкой необходимого объёма крепей усиления;

· строгим соблюдением параметров принятого способа охраны;

· изменением способа охраны;

· применением комбинированных способов охраны;

· изменением места расположения выработки относительно пласта с целью проведения её по более прочным породам;

· изменением системы разработки с целью уменьшения срока службы выработки.

5.2 Проектирование управления состоянием массива горных пород при охране горных выработок (Раздел 2)

В разделе 2 выбираются и обосновываются методы управления массивом горных пород и способы охраны рассматриваемой подготавливающей или подготовительной выработки. При этом порядок выполнения, как правило, должен быть следующий:

1. Выбор места расположения выработки относительно пласта и вмещающих пород с учётом её назначения, технологии проведения и крепления, прочности вмещающих пород.

2. Выбор и обоснование способов охраны. Расчёт параметров средств охраны.

3. Расчёт смещений пород на контуре выработки, выбор типа крепи, плотности её установки и величины податливости без дополнительных мероприятий по повышению устойчивости выработки.

4. Выбор мероприятий, повышающих устойчивость горных выработок. Обоснование их параметров.

5. Уточнение и выбор параметров крепи с учётом дополнительных мероприятий по повышению устойчивости горной выработки.

Окончательный вопрос о выборе дополнительных мероприятий, способа и средств охраны выработки решается путём технико-экономического сравнения в разделе 3.

5.2.1 Выбор места расположения выработки относительно пласта и вмещающих пород, способа проведения. Обоснование формы и величины поперечного сечения выработки (подраздел 2.1)

В подразделе 2.1 исходя из назначения и срока службы рассматриваемой горной выработки с учётом требований ПБ, а также других нормативных документов [2-4] выбирается её расположение относительно пласта и вмещающих пород. При этом расположение выработки в шахтном варианте применяется без изменения. В качестве подварианта можно его изменить, например, вместо комбинированной подрывки вмещающих пород, принять только нижнюю и т.д. В предлагаемых вариантах расположения выработки относительно пласта может быть любым, но оно должно быть целесообразным и обоснованным. При этом необходимо учитывать следующие моменты:

1. При наличии в кровле пласта прочного известняка или песчаника мощностью более 0,6 ÷ 1 м целесообразно не трогать кровлю, предусматривать только нижнюю подрывку в выработке и принимать крепь трапециевидной формы.

2. При прохождении выработки по слоистым породам различной прочности её необходимо располагать так, чтобы слой более слабых пород располагался в боках выработки, а не в подошве (почве) или в её кровле.

3. При отработке обводнённых пластов столбами по простиранию вентиляционные штреки следует проводить вприсечку к выработанному пространству с верхней подрывкой боковых пород, а конвейерные – с нижней подрывкой.

4. При проведении выработки по более прочным породам её устойчивость выше, чем при проведении по слабым породам. Затраты на поддержание в первом случае будут меньше, но на проведение – больше, чем во втором. Что выгоднее решается путём технико-экономического сравнения.

5. Полевые выработки, как правило, необходимо располагать под пластом, а не над ним, так как надработка оказывает меньшее вредное влияние, чем подработка на полевые выработки.

6. Предварительная надработка выработок предпочтительнее последующей.

7. Для сохранения зоны разгрузки у разгрузочной лавы необходимо оставлять барьерные целики или при отработке разгрузочной лавы по её концам возводить специальные бутовые полосы. В противном случае по мере развития очистных работ, зона разгрузки исчезнет, и смещения на контуре выработки резко активизируются (возрастут).

В предлагаемых способах охраны выработок возможно изменение способа их проведения. Проведение выработок комбайнами позволяет уменьшить переборы породы, получить более ровный контур обнажения, уменьшить трещиноватость пород. Все это приводит к повышению её устойчивости по сравнению с проведением БВР. При выборе способа проведения выработки необходимо учитывать характеристику и область применения проходческих комбайнов, приведенных в приложении Б.

Величина сечения горной выработки в шахтном варианте охраны принимается указанная в бланке задания. В предлагаемых вариантах необходимо определить минимально допустимую величину с учётом рассчитанных смещений, габаритов транспортных средств и зазоров, допустимых ПБ.

Для определения минимально допустимого сечения выработки по условиям транспорта необходимо исходить из назначения выработки, типа основного и вспомогательного транспорта.

Например, в откаточном штреке в качестве основного транспорта принят ленточный конвейер, вспомогательного – рельсовый транспорт. Учитывая размеры зазоров в соответствии с требованиями ПБ, необходимо определить ширину выработки в свету крепи (рис. 5.1) по формуле

,        (5.1)

Где  – размеры зазоров в соответствии с требованиями ПБ, м;

 - ширина ленточного конвейера по наиболее выступающим частям, м;

 – ширина вагонетки, дизелевоза или контейнера монорельсовой дороги, м.

Рисунок 5.1 – Схема к определению ширины выработки.

 

Зная ширину выработки, можно определить размер поперечного сечения в свету после осадки по таблицах А.1 – А.4 приложения А (в приложении приведены ориентировочные значения сечений выработки в проходке).

При выборе типа крепи необходимо учитывать следующее. Серийно выпускаются крепи АП3 (а), КМП-А3ПС (б), АП5 (в), КШПП (г), КПО (д) (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Конструкция металлической рамной крепи.

 

ДонУГИ разработаны крепи нового технического уровня КМП-А5У, КМП-А4Ц, КМП-А4Ш, КМП-К6 (рис 5.3)

Рисунок 5.3 – Крепи нового технического уровня: а) КМП-А4Ц, б) КМП-А5У, в) КМП-А4Ш, г) КМП-К6).

Крепи типа АП3, КМП-А3ПС, АП5, КШПП и КМП предназначены для выработок со сводчатым обнажением кровли, а типа КПО – с трапециевидной формой поперечного сечения при прочных породах кровли, подрывка которых нецелесообразна (известняки, песчаники).

Крепи типа АП3 и КМП-А3ПС предназначены для выработок с ожидаемыми смещениями пород кровли до 500 мм. Крепь КМП-А3ПС отличается от крепи АП3 тем, что у неё профиль элементов крепи открытой стороной направлен в сторону выработки, а также конструкцией замков (см. рис. 5.4).

Рисунок 5.4 – Соединение элементов крепи с помощью болтовых замков:

а) ЗСД; б) ЗПК; КМП-А3ПС.030; г) АП3.030.

 

Крепь АП5 предназначена для выработок с ожидаемыми вертикальными смещениями пород кровли, превышающими 400 мм.

Крепь КШПП предназначена для участковых выработок, пройденных в неустойчивых породах, с ожидаемыми вертикальными смещениями пород кровли до 300 мм, а почвы – до 500 мм.

Крепь КПО предназначена для участковых выработок при наличии в кровле пласта прочных пород, подрывать которые нецелесообразно (песчаники, известняки). При ожидаемых смещениях до 500 мм среднюю стойку можно не устанавливать, при смещениях более 500 мм – рама устанавливается в полной комплектации, т.е. со средней стойкой.

Рамы соединяются между собой металлическими стяжками длиной 500, 650, 800, 1000 и 1250 мм. При этом плотность установки крепи составляет соответственно 2; 1,5; 1,25; 1,0 и 0,8 рам/м.

Характеристики серийно выпускаемых крепей приведены в приложении А.

Крепи нового технического уровня применяются в следующих условиях.

КМП-А4Э – податливая четырёхзвенная эллипсообразная крепь для выработок со значительными вертикальными (до 700 мм) и горизонтальными (до 500 мм) смещениями пород; рабочее сопротивление 300 кН.

КМП-А5У – арочная пятизвенная удлинённая, смещения пород до
1500 мм по вертикали и 500 мм по горизонтали, рабочее сопротивление 400 кН.

КМП-А4Ц – арочная четырёхзвенная циркульная для выработок со смещениями до 1000 мм по вертикали, в том числе до 500 мм кровли; рабочее сопротивление 300 кН.

КМП-А4Ш – арочная шарнирная четырёхзвенная, податливость до
1000 мм; рабочее сопротивление 400 кН.

КМП-К6 – податливая кольцевая шестизвенная крепь, податливость до 800 мм; сопротивление 600 – 700 кН.

5.2.2 Определение физико-механических свойств горных пород и условий поддержания выработок (подраздел 2.2)

В подразделе 2.2 рассчитывается средняя прочность пород на одноосное сжатие по формуле:

,   (5.2)

где  – прочность пород кровли и почвы выработки, соответственно, МПа.

Прочность пород кровли  и почвы  рассчитываются по формуле:

,             (5.3)

где  – прочность i-того слоя породы при одноосном сжатии в куске (образце), МПа;

 - мощность данного слоя породы в пределах расчётной схемы и вдоль расчётной линии, м. При этом учитываются все слои пород и угольные пласты, пересекаемые выработкой, а также попадающие в область, ограниченную линиями, проходящими от контура выработки на расстоянии в кровле равном 1,5* В, в почве – 1,0* В и в боках – 1,0* h.
В и h – соответственно ширина и высота выработки в проходке (см. рис. 5.5).

 - коэффициент структурного ослабления горных пород, ед., принимается в зависимости от интенсивности нарушенности по таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Значение коэффициента .

Для пород с R > 30 МПа
Выход керна с расстоянием между разломами, м
Более 1,0	0,9
0,5 – 1,0	0,8
0,3 – 0,5	0,6
0,1 – 0,3	0,4
Обломки и мелочь до 0,1	0,2
Для пород с R < 30 МПа
Характеристика места расположения выработки
Вне пликативных нарушений с радиусом меньше 300 м и вне зоны дизъюнктивных нарушений на расстоянии от них более 4 нормальных амплитуд нарушений	0,9
В пликативном нарушении с радиусом меньше 300 м или в зоне влияния дизъюнктивного нарушения на расстоянии от него от 1 до 4 нормальных амплитуд нарушения	0,6
Непосредственно в дизъюнктивном нарушении на расстоянии от него до 1 нормальной амплитуды	0,3

 

При отсутствии данных по делению керна из разведочных скважин значение  принимается в указанных в таблицах пределах. При этом более прочным, монолитным породам соответствует большее значение.

Ориентировочно можно принимать значение коэффициента :

- известняк – 0,95;

- песчаник – 0,9;

- песчаный сланец – 0,8;

- глинистый сланец – 0,7;

- уголь – 0,9;

- при проведении выработки по обрушенным и уплотнённым породам, для обрушенных пород – 0,5.

 - коэффициент, учитывающий обводнённость пород. При длительном контакте пород с водой (более 5 – 10 лет: затопление выработки, перепуск по ней воды, капёж из кровли с притоком воды более 2 м³/час), ориентировочно можно принимать коэффициенты: песчаник – 0,8; песчаный сланец – 0,6; глинистый сланец – 0,5; в остальных случаях равен – 1,0.

Рисунок 5.5 – Схема к определению средневзвешенной прочности пород.

 

При расчёте прочности пород кровли учитываются слои пород и пласты угля, начиная от подошвы выработки, а при расчёте прочности почвы – начиная от кровли выработки.

Когда значения прочности кровли и почвы отличаются более чем на 30%, расчёты смещений пород кровли и почвы производят отдельно по соответствующим значениям  и . Если значения отличаются менее чем на 30%, то можно рассчитывать смещения по средневзвешенной прочности пород на контуре выработки.

В этом же подразделе определяют класс непосредственной кровли по устойчивости (таблица 5.2) и основной кровли по обрушаемости (таблица 5.3).

Таблица 5.2 – Характеристика непосредственной кровли.

Класс непосредственной кровли по устойчивости	Состав и характеристика пород непосредственной кровли
Устойчивая	Песчаники, известняки, алевролиты (R > 60 МПа). Керн с расстояниями между гладкими поверхностями без сцепления и с малой связностью более 1,0 м.
Средней устойчивости	Алевролиты и аргиллиты (R от 30 до 60 МПа). Керн с расстояниями между гладкими поверхностями без сцепления и с малой связностью от 0,5 до 1,0 м.
Неустойчивая	Слоистые трещиноватые алевролиты и аргиллиты (R < 30 МПа). Керн в виде столбиков с расстояниями между гладкими поверхностями без сцепления и с малой связностью менее 0,5 м.
Весьма неустойчивая	Тонкослоистые, сильно трещиноватые аргиллиты (R < 30 МПа). Керн в виде кусков и мелочи.

 

Таблица 5.3 – Характеристика основной кровли.

Класс основной кровли по обрушаемости	Состав и характеристика пород основной кровли
Легкообрушающаяся	Однородная кровля из слоистых аргиллитов и алевролитов общей мощностью более 6-7 m (m – мощность пласта), R до 40 МПа, керн в виде столбиков и кусков с расстоянием между гладкими поверхностями без сцепления с малой связностью до 0,3 м. Слоистые глины и слабосвязанные пески
Среднеобрушающаяся	Однородная кровля из аргиллитов, алевролитов и слоистых песчаников общей мощностью более 6-7 m, R от 40 до 80 МПа, керн с расстоянием между поверхностями без сцепления и с малой связностью от 0,3 до 1 м. Неоднородная кровля: над пластом мощностью до (3÷4) m залегают слоистые аргиллиты и алевролиты, а выше – алевролиты, песчаники и известняки мощностью более 2 м с R более 80 МПа, керн с расстоянием между поверхностями без сцепления и с малой связностью до 1,5 м
Труднообрушающаяся	Над пластом на расстоянии от него менее (3÷4) m залегают массивные песчаники, известняки и алевролиты общей мощностью более 2 м с R более 80 МПа. Керн с расстоянием между поверхностями без сцепления или с малой связностью более 1,5 м

 

Степень пучения пород почвы в выработках, примыкающих к очистному забою, можно ориентировочно определить по таблице 5.4 в зависимости от коэффициента пучения К_п:

         (5.4)

где  – расчётная глубина расположения выработки (в случае наклонной выработки берётся минимальное и максимальное значения), м.

Таблица 5.4 – Классификация пород почвы в участковых выработках.

Тип выработки	Значение Кп
	Непучащие	Слабо пучащие	Пучащие	Сильно пучащие
Погашаемые за лавой	до 20	20÷25	25÷30	30÷35
Поддерживаемые для повторного использования	до 15	15÷20	20÷25	более 25
Присечные	до 25	25÷30	30÷35	35÷40
Проводимые за лавой	до 30	30÷40	40÷45	Более 45

 

В случае, когда в рассматриваемых вариантах охрана горной выработки принято различное расположение относительно пласта и вмещающих пород, прочность вмещающих пород и степень пучения пород почвы определяется для каждого варианта отдельно.

5.2.3 Выбор и обоснование способов охраны горных выработок. Расчёт параметров элементов и средств охраны (подраздел 2.3)

В подразделе 2.3 исходя из намеченных путей повышения устойчивости горной выработки, выбранного места её расположения относительно пласта и вмещающих пород, с учётом прочности боковых пород, их характеристики и степени пучения пород почвы выбирают возможные способы охраны выработки и рассчитываются параметры элементов охраны.

При разработке угольных пластов следует стремиться к бесцеликовой выемке угля.

Прежде чем приступить к выбору способа охраны горной выработки и расчёту смещений, необходимо разобраться с горно-геологической и горнотехнической ситуацией.

Учёт влияния соседних пластов свиты. В зависимости от порядка отработки пластов свиты, расстояния между пластами, физико-механических свойств пород междупластья возможны следующие случаи:

- одиночный пласт;

- пласт предварительно надработан;

- пласт предварительно подработан;

- выработки пласта испытывают влияние последующей надработки;

- выработки пласта испытывают влияние последующей подработки;

- выработки пласта испытывают влияние повышенного горного давления (ПГД) от целика, оставленного на соседнем пласте.

Этот вопрос решается на основании рекомендаций ВНИМИ [4].

Пласт рассматривается одиночным, если вышележащий и нижележащий пласты находятся на расстояниях, превышающих соответственно безопасную высоту надработки – h_Б.Н и безопасную высоту подработки – h_Б.П.

Безопасная высота надработки - h_Б.Н рассчитывается по формуле:

,           (5.5)

где h’_Б.Н – табличная величина безопасной высоты надработки (принимается по таблице 5.5), м; k_кр – коэффициент, учитывающий влияние типа кровли надрабатывающего пласта (0,8 – при легкообрушаемой, 1 – при среднеобрушаемой, 1,2 – при труднообрушаемой кровлях); k’_п – коэффициент, учитывающий наличие мощных (10 ÷ 15 м) слоёв песчаника между пластами (0,8 – если слой песчаника есть, 1,0 – если песчаника нет); k’_под – коэффициент, учитывающий величину податливости крепи выработки (0,7 – если податливость ≥300 мм, 0,5 – если податливость ≥500 мм); k_зал – коэффициент, учитывающий угол залегания пластов (1,0 – если угол до 35°; 0,8 – если угол 35÷55°; 0,6 – если угол более 55°).