Дополнительные мероприятия по уменьшению смещений пород

Стоимость применения дополнительных мероприятий можно определить, воспользовавшись данными таблицы 5.53.

Таблица 5.53 – Ориентировочные величины эксплуатационных (забойных) затрат на отдельные виды работ.

Вид работы	Единица измерения работы	Стоимость единицы работы, грн.
Применение крепи усиления	1 стойка усиления в год	160
Упрочнение кровли песчано-цементным раствором	1 м выработки	775 ÷ 1460
АРПУ	1 м выработки	220 ÷ 350
Взрывощелевая разгрузка почвы (ВЩР)	1 м выработки	(55 ÷ 70) nш
Скважинная разгрузка	1 скважина	120 ÷ 200
Предварительный распор крепи	1 м выработки	1 ÷ 3% от стоимости проведения 1 м выработки
Качественная забутовка закрепного пространства	1 м выработки	2 ÷ 5% от стоимости проведения 1 м выработки
Отсечное торпедирование кровли	1 м выработки	(72 ÷ 88) nш

 

5.3.3 Экономическое сравнение вариантов охраны выработок (подраздел 3.3)

В подразделе 3.3 делается экономическое сравнение вариантов охраны выработок. Подсчитываются сумма отдельных затрат, величина промышленных запасов угля и определяются удельные эксплуатационные затраты по проведению, охране и ремонту выработок (см. приложение В).

Сравнение вариантов следует производить в пределах крыла панели, если рассматриваются участковые выработки или в пределах части шахтного поля (панель, выемочная ступень) если рассматриваются варианты охраны капитальных выработок.

Результаты экономического сравнения удобно представлять в виде таблицы 5.54.

Таблица 5.54 – Технико-экономическое сравнение вариантов охраны.

Наименование статей затрат	Затраты по вариантам, тыс.грн.
	Вариант №1	Вариант №2
В % к лучшему варианту

5.3.4 Выводы по сравнению вариантов, рекомендации по охране выработки (подраздел 3.4)

В подразделе 3.4 делаются окончательные выводы и рекомендации по охране выработок, где учитываются результаты экономического сравнения вариантов, вопросы технологичности, экологии, экономическая ситуация шахты и т.п. Следует указать рациональный с точки зрения студента вариант охраны выработки и обосновать это решение.

 

В заключении подводится краткий итог проектирования, указываются полученные результаты.

 

Перечень ссылок следует оформлять согласно существующим ДСТУ [1] (см. например перечень ссылок данных методических указаний).

Перечень ссылок

1. Оформлення та захист студентських робіт: Методичні вказівки. / Голембієвський П.П., Подтикалов О.С., Костюк І.С. - Донецьк: ДонНТУ, 2003. - 60 с.

2. Правила безопасности в угольных шахтах. / ред. комис.: С.А. Сторчак (пред.) [и др.]. – Киев: Госгорпромнадзор Украины, 2010. - 432 с.

3. Правила технической эксплуатации угольных шахт. / Стандарт. – ДП «ДонУГИ», Киев: Минуглепром Украины, 2006. - 253 с.

4. Указанияпо рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. / Изд. 4-е, дополненное. – Ленинград: 1986. - 222 с.

5. Стандарт Мінвуглепрому України «Підготовчі виробки на пологих пластах. Вибір кріплення, способів і засобів охорони» / Київ: 2007. - 113 с. - СОУ 10.1.00185790.011: 2007.

6. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок: Справочник. / Каретников В.Н., Клеймёнов В.Б., Нуждихин А.Г. – Москва: Недра, 1989. – 571 с.

7. Практика управления горным давлением: Пер. с нем. / Якоби О. – Москва: Недра, 1987. – 556 с.

8. Охрана и ремонт горных выработок / Кошелев К.В., Петренко Ю.А., Новиков А.О. Под ред. К.В. Кошелева – Москва: Недра, 1990. – 218с.

9. Отраслевая инструкция по применению рамных и анкерных крепей в подготовительных выработках угольных и сланцевых шахт. – Москва: ИГД им. А.А. Скочинского, 1985. – 147 с.

10.  Анкерная крепь: Справочник / Широков А.П., Лидер В.А., Дзауров М.А.  и др. – Москва: Недра, 1990. - 205 с.

11.  Руководство по применению крепей, использующих несущую способность упрочнённого массива. – Макеевка: МИСИ, 1984. - 69 с.

12.  Методическое руководство по упрочнению неустойчивых горных пород нагнетанием магнезиального состава / Васильев В.В., Левченко В.И., Кантан А.М. и др. – Москва: ИГД им. А.А. Скочинского, 1985. - 30 с.

13.  Временное руководство по предотвращению пучения почвы и повышению устойчивости капитальных горных выработок активной разгрузкой и последующим упрочнением пород. – Коммунарск: КМГИ, 1985. - 36 с.

14.  Применение взрывощелевой разгрузки с целью повышения устойчивости полевых выемочных штреков на шахтах крутого падения / Самойлов В.Л., Братишко А.С., Титенок А.П. // Разработка месторождений полезных ископаемых: респ. межвед. науч.-техн. сб., 1987. – вып. 76. – с. 53-58.

15.  Управление состоянием массива горных пород: Учебное пособие для студентов / Гребёнкин С.С., Павлыш В.Н., Самойлов В.Л., Петренко Ю.А. – Донецк: «ВИК», 2010. - 191с.

 

 

Приложение А.     Характеристики крепей.

Таблица А.1 – Характеристика арочных крепей типа АП3 (КМП-А3).

Профиль	Сечение выработки (крепи) в свету, м2			Размеры крепи в свету, мм		Конструктивная податливость крепи, мм	Несущая способность арки, кН
	в проходке	до осадки	после осадки	высота Н	ширина В
СВП17	9,8	7,9	6,9	2760	3270	300*	297
СВП19	11,3	9,2	8,1	3010	3570	300*	330
СВП22	13,7	11,2	9,7	3130	4180	300*	333
СВП27	16,6	13,8	12,1	3440	4750	300*	406
СВП33	18,5	15,5	13,6	3550	5200	300*	505
СВП33	22,2	18,3	16,1	3960	5440	300*	485

* при применении замков ЗПК податливость до 400 мм (см. рисунок 5.4а).

Таблица А.2 – Характеристика арочных крепей типа АП5 (КМП-А5).

Профиль	Сечение выработки (крепи) в свету, м2			Размеры крепи в свету, мм		Конструктивная податливость крепи, мм	Несущая способность арки, кН
	в проходке	до осадки	после осадки	высота Н	ширина В
СВП17	10,5	8,9	6,9	3060	3270	600	297
	11,1	9,5	6,9	3260		800
	12	10,2	6,9	3460		1000
СВП19	12	10,2	8,1	3310	3570	600	330
	12,8	10,9	8,1	3510		800
	13,5	11,6	8,1	3710		1000
СВП22	15,3	12,5	9,5	3430	4180	600	333
	16,2	13,4	9,5	3630		800
	17,2	14,2	9,5	3830		1000
СВП27	18,6	15,2	11,5	3740	4750	600	406
	19,6	16,2	11,5	3940		800
	20,7	17,1	11,5	4140		1000
СВП33	20,5	17,2	13,1	3850	5200	600	505
	21,5	18,2	13,1	4050		800
	22,8	19,3	13,1	4250		1000
СВП33	23,4	19,9	15,7	4260	5440	600	485
	24,6	21,0	15,7	4460		800
	25,7	22,1	15,7	4660		1000

Приложение А (продолжение).

 

Таблица А.3 – Характеристика крепей типа КШПП.

Профиль	Сечение выработки в свету до осадки, м2	Размеры крепи в свету, мм		Конструктивная податливость крепи, мм	Несущая способность крепи, кН
		высота Н	ширина В
СВП 22	9,5	3240	3880	300	443
СВП 27					330
СВП 22	10,5	3500	4050	300	455
СВП 27					600
СВП 22	11,0	3290	4470	300	407
СВП 27					552
СВП 22	11,7	3640	4750	300	421
СВП 27					589
СВП 22	12,1	3640	4410	300	421
СВП 27					564
СВП 22	13,6	3660	4940	300	367
СВП 27					497
СВП 33					669
СВП 27	14,4	4080	4730	300	550
СВП 33					700
СВП 27	15,0	3840	5180	300	478
СВП 33					643
СВП 22	17,7	4390	5360	300	500
СВП 27					650
СВП 22	20,2	4620	5700	300	428
СВП 27					578

Приложение А (продолжение).

 

Таблица А.4 – Характеристика крепей типа КПО.

Профиль	Сечение выработки, м2			Размеры крепи в проходке, мм			Податливость крепи, мм	Рабочее сопротив­ление крепи, кН	Вид боковых стоек
	в проходке	в свету до осадки	в свету после осадки	высота Н	ширина по почве В	ширина по кровле b
СВП22	10,7	8,8	6,3	2600	3800	2600	700	160÷240 360÷490*	кривол.
СВП22	11,9	9,8	7		4200	3000
СВП27	11,9	9,8	7		4200	3000
СВП22	13,2	10,9	7,8		4600	3400
СВП27	13,2	10,9	7,8		4600	3400
СВП27	14,4	11,9	8,5		5000	3800
СВП22	10,1	8,3	5,9	2600	3800	2600	700	160÷240 360÷490*	прямол.
СВП22	11,4	9,4	6,7		4200	3000
СВП27	11,4	9,4	6,7		4200	3000
СВП22	12,6	10,4	7,4		4600	3400
СВП27	12,6	10,4	7,4		4600	3400
СВП27	13,8	11,4	8,2		5000	3800
СВП22	12,4	10,2	7,3	3200	3800	2600	1300	160÷240 360÷490*	кривол.
СВП22	14	11,5	8,2		4200	3000
СВП27	14	11,5	8,2		4200	3000
СВП22	15,5	12,8	9,2		4600	3400
СВП27	15,5	12,8	9,2		4600	3400
СВП27	17,1	14,1	10,1		5000	3800
СВП27	18,7	15,4**	11,0	3200	5400	4200	1300	560÷620

* Сопротивление крепи с одной центральной стойкой

** Типоразмер крепи с двумя центральными стойками

Приложение Б.     Характеристики проходческих комбайнов.

Параметры и типы проходческих комбайнов с избирательным исполнительным органом.

Название параметров	Тип проходческого комбайна избирательного действия
	Очень лёгкие	Лёгкие	Средние	Тяжёлые	Очень тяжёлые
Масса комбайна, т	10÷20	20÷30	30÷50	50÷80	80÷140
Предел прочности на одноосное сжатие, МПа	20÷50	20÷70	20÷80	20÷100	20÷120
Коэффициент подрывки боковых пород	до 0,15	0,15÷0,5	0,15÷0,7	0,15÷1,0	0,15÷1,0
Сечение в проходке, м2	до 10	10÷18	10÷33	13÷40	14÷60
Угол наклона выработки, град	до
Тип исполнительного органа	стреловидный
Суммарная мощность установленных двигателей, кВт	60÷100	100÷200	200÷300	300÷400	400÷600

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В.     Пример расчёта прочности пород, смещений и экономических показателей.

Пример определения прочности пород на контуре выработки.

Выполним расчёт для следующих условий:

тип выработки - пластовый откаточный штрек, используется повторно;

нарушения в пределах выемочного участка отсутствуют,

глубина работ - Н = 800 м;

угольный пласт - m_пл = 1,4 м; R_пл = 15 МПа;

время существования выработки t = до 2 лет;

приток воды - до 2 м³ /ч;

Размеры выработки – S = 15,2 м²; В = 4,7 м; h = 3,7 м;

Угол падения пласта α = 13°;

характеристика вмещающих пород и расположение штрека в них приведены на рисунке В.1.

Решение

Так как в исходных данных указано, что геологические нарушения отсутствуют и ничего не сказано об изменении горно-геологической ситуации и прочностных параметров вмещающих пород по всей длине рассматриваемого штрека, то разделение его на отдельные участки не производим.

Данные кернового бурения отсутствуют, поэтому принимаем значения коэффициента структурного ослабления в пределах, указанных в таблицах 2.2 и 2.3 [1], а именно:

для песчаника К_с - 0,9

для песчаного сланца К_с = 0,8

для глинистого сланца К_с = 0,7 и

для угля                   К_с = 0,9.

Согласно заданию α =13; cos 13° = 0,97.

Нормальная и вертикальная мощности слоёв практически равны между собой. Поэтому вводить поправку на угол падения не будем.

Так как срок службы выработки менее 5 лет и приток воды в выработку незначителен (до 2 м³/ч), то согласно [1] коэффициент, учитывающий обводнённость пород, K_w = 1,0.

Рисунок В.1 – Схема к расчёту прочности пород по контуру выработки.

 

Согласно заданию штрек пластовый. В кровле пласта залегает глинистый сланец мощностью 2,4 м с R = 40 MПа, а в почве - глинистый сланец мощностью 2,0 м с R = 45 МПа. Для повышения устойчивости выработку целесообразно располагать в более прочных породах. Если принять только нижнюю подрывку в штреке, то целесообразно принять трапециевидную крепь, чтобы избежать точечной нагрузки, которая будет иметь место при арочной крепи. Как правило, трапециевидная крепь применяется тогда, когда в кровле залегают прочные известняки или песчаники. Их в данном случае нет. Поэтому принимаем комбинированную подрывку в штреке, как показано на рисунке В.1. Согласно рекомендациям ДонУГИ для обеспечения равномерного нагружения верхняка крепи необходимо иметь глубину подрывки пород кровли не менее 0,5÷0,7 м по середине выработки. Принимаем её равной 0,7 м. Мощность пласта равна 1,4 м. Тогда глубина нижней подрывки равна 3,7 – (0,7 + 1,4) = =1,6м. Остальные размеры, приведенные на рисунке В.1, определяются геометрическим путём. Например, глубина нижней подрывки с правой стороны штрека равна

м.

Пределы прочности пород, входящих в указанную выше зону, отли­чаются друг от друга более чем на 30%. Поэтому будем рассчитывать отдельно средневзвешенную прочность пород кровли и почвы по формуле (10) [1].

В этих формулах  = h + 1,5*В и  = h + 1,0*В.

Для пологого падения расчёт можно вести по средней линии выработки.

МПа,

МПа.

Принимаем R_cк= 48,5 МПа, R_сп = 39 МПа.

Средневзвешенная прочность пород на контуре выработки определяется:

МПа.

Согласно данным таблиц 5.2 и 5.3 данных методических указаний непосредственная кровля пласта средней устойчивости, а основная - среднеобрушающаяся.

 

 

Устойчивость пород почвы К_п определяется по формуле

где Н_р - расчётная глубина расположения выработки, м;

где k - коэффициент концентрации напряжений за счёт тектонических процессов. Для условий примера k = 1.

м.

Тогда

Согласно таблице 5.4 породы почвы относятся к пучащим.

 

Пример расчёта смещений пород на контуре выработки.

Дополнительные данные:

Пласт – одиночный;

Длина рассматриваемой выработки – 1200 м;

Охранное сооружение – литая полоса шириной 1,0 м;

Выработка проводится с помощью проходческого комбайна, скорость проведения выработки 180 м/мес;

Скорость ведения очистных работ – 90 м\мес.

 

Смещения пород при повторном использовании выработки:

где  - коэффициент, учитывающий влияние площади поперечного сечения выработки в свету:

=0,33∙15,2^0,487= 1,24.

     – коэффициент, учитывающий способ проведения выработки, 0,8 – при комбайновом способе проведения;

     - коэффициент, учитывающий влияние типа кровли пласта, 1 – т.к. кровля среднеобрушающаяся;

     - коэффициент, учитывающий долю смещений пород кровли выработки в общих смещениях

Определим время ведения очистных и подготовительных работ:

    продолжительность ведения очистных работ

мес.

    продолжительность проведения выработки

мес.

 - время поддержания данного сечения выработки вне зоны влияния очистных работ (до подхода лавы), 20 и 1 мес. (согласно рис. 5.17);

    - время поддержания данного сечения выработки в зоне остаточного опорного давления (позади лавы), 13,3 и 13,3 мес. (согласно рис. 5.17);

 

     – смещения пород под влиянием проведения выработки, мм рассчитываем по формуле:

мм.

     – скорость смещения пород вне зоны влияния очистных работ, мм/мес.:

мм/мес.

     – смещения пород в зоне временного опорного давления лавы:

мм.

     – мощность пласта, 1400 мм;

     – коэффициент, учитывающий влияние податливости искусственных сооружений на опускание кровли, 0,1 – для литой полосы;

     – скорость смещения пород почвы в зоне остаточного опорного давления, мм/мес.

.

мм/мес.

Конечные смещения в повторно используемой выработке

В начале выработки:

мм,

мм,

В конце выработки:

мм,

мм.

Полученные смещения для анализа представим в виде диаграмм смещений кровли и почвы выработки по её длине (рисунок В.2).

Рисунок В.2 – Диаграмма смещений кровли и почвы по длине выработки.

 

Пример составления паспорта проведения и охраны выработки.

Выработка проводится арочной формы с помощью проходческого комбайна. Для крепления выработки применяется арочная пятизвенная крепь КМП-А5, сечением 15,2 м², из специального профиля типа СВП-27. Плотность установки крепи 1 рама/м. Конструктивная податливость крепи 800 мм.

Для транспортирования полезного ископаемого по выработке применяется ленточный конвейер, а в качестве вспомогательного транспорта применяется монорельсовая дорога, следовательно, допустимые смещения пород почвы 500 мм.

Как видно из графиков смещений кровли, смещения превышают податливость крепи (800 мм) на всём протяжении выработки. Поэтому примем пятизвенную крепь с технологической податливостью 1000 мм. Смещения меньше податливости крепи, поэтому перекрепление выработки не планируется.

Как видно из графиков смещений почвы, смещения превышают критерий подрывки на всём протяжении выработки. Для уменьшения смещений пород почвы планируем проведение компенсационной щели, совмещённой с подрывкой пород почвы. Технология проведения – после первой подрывки почвы на величину 0,5 м, в почву бурятся шпуры длиной 2,0 м с расстоянием между шпурами 0,5 м. После чего в шпурах производится взрывание зарядов ВВ. Последующие смещения почвы уменьшаться в 2 раза, следовательно, конечные смещения почвы составят 762 – 699 мм. Конечные смещения почвы всё равно превышают допустимые, поэтому планируем проведение второй подрывки почвы по всей длине выработки на глубину в среднем мм, принимаем 0,25 м.

Полученные результаты представляются на диаграммах смещений кровли и почвы (рисунок В.3).

 

Рисунок В.3 – Диаграммы смещений кровли и почвы по длине выработки:

1 – смещения кровли без мероприятий;

1’ – смещения почвы без мероприятий; 2’ – смещения почвы после первой плановой подрывки; 3’ – смещения почвы после проведения компенсационной щели.

 

Пример расчёта экономических показателей проведения и поддержания выработки.

Дополнительные данные:

Расчёт производится для крыла панели, примем, что в панели 6 ярусов, высота яруса 200 м. Следовательно, проводят 7 выработок длиной 1200 м. Для поддержания выработок возводят 6 литых полос.

 

 

Стоимость проведения 1 м выработки, проходческим комбайном:

где S_пр – площадь поперечного сечения выработки в проходке, 15,2 м²;

с₁ – коэффициент, учитывающий общешахтные расходы, зависит от периода сооружения выработки – в период эксплуатации шахты с₁=1,17;

L – средняя длина транспортировки породы: (0,5 длины штрека + 0,5 длины бремсберга + расстояние от бремсберга до ствола) 0,5∙1200+0,5∙1,200+1200 = 2400 м.

Вычисление коэффициентов влияния приведены в таблице В.1.

Таблица В.1 – Коэффициенты слияния технических и экономических факторов на величину затрат по проведению штрека.

№	Влияющий фактор	Коэффициент влияния	Коэффициент влияния
1	Скорость проведения выработки, м/мес V	0,27/(180/120) +0,73=0,91	1–0,005/(180/120)=0,997
2	Мощность угольного пласта, м m	1	1,06–0,06(1,4/1,2)=1,01
3	Угол наклона выработки, градус, α	1	1
4	Коэффициент крепости пород, f	1	1
5	Шаг установки крепи, м А	0,34/(1/0,8)+0,66=0,932	0,51/(1/0,8)+0,49=0,898
6	Тип спецпрофиля, кг/м N	0,23(27/27)+0,77=1	0,44(27/27)+0,56=1
7	Цена 1т спецпрофиля, тыс.грн, Цсп	0,31(6,5/4) + 0,69=1,194	0,44(6,5/4) + 0,56=1,275
8	Тарифная ставка рабочего, грн/см Тс	0,13(170/90) +0,87=1,116	0,45(170/90) + 0,55=1,4
9	Средняя длина транспортировки породы, L, км	0,012(2,4/3)+0,988=0,998	0,012(2,4/3)+0,988=0,998
10	Коэффициент списочного состава К	0,13(1,24/1,27)+0,87=0,997	0,43(1,24/1,27)+0,57=0,99
11	Процент начислений на зарплату, % П	0,04(35/36) + 0,96=0,999	0,11(35/36) + 0,89=0,997
12	Стоимость основного проходческого оборудования (комбайна) млн.грн Цо	0,14(4,5/3) + 0,86=1,07	1
13	Выработка проводится проходческим участком	1	1
14	Выбросоопасность пород	1	1
15	Выделение воды	1	1
16	Выработка проводится сплошным забоем	1	1
17	Погрузка породы на конвейер	1,03	0,94
18	Тип крепи - арка 5-ти звенная	1,002	1,005
19	Тип затяжки - метал. сетка	0,05(14/20) + 0,95=0,985	0,05(14/20) + 0,95=0,985
	Произведение коэффициентов	1,222	1,48

 

Стоимость 1 м выработки, при применении проходческого комбайна:

грн./м.

Полная стоимость проведения выработок:

грн.

Затраты на сооружение средств охраны.

Согласно заданию выработка поддерживается литой полосой, шириной
1 м. Литая полоса возводится на расстоянии 2,5 м от крепи выработки, пространство между выработкой и литой полосой, для избегания вывалов, закладывается кострами из круглого леса размером 2,0х2,0 м, расстояние между центрами костров 3,0 м. Со стороны выработанного пространства устанавливается один ряд органной крепи.

Стоимость возведения 1 м охранного сооружения:

, грн/м;

где k_oi - затраты на сооружение i -го способа охраны, грн/м;

k_ср - затраты на сооружение этого способа охраны при «средних» значениях всех влияющих факторов, грн/м.

Расчёт коэффициентов влияния отдельных факторов и стоимость возведения охранного сооружения представлен в виде таблицы В.2.

Полная стоимость возведения охранных сооружений:

грн.

 

 

Таблица В.2 - Расчёт коэффициентов влияния отдельных факторов на затраты по сооружению средств охраны выработки.

Влияющий фактор