При подземной разработке полезных ископаемых применяются следующие формы поперечного сечения горных выработок: прямоугольная, трапециевидная, полигональная, арочная, сводчатая, подковообразная и круглая. Выбор формы поперечного сечения горных выработок зависит от величины и направления горного давления, типа и конструкции применяемой крепи, срока службы, назначения и размеров выработки.
Размеры поперечного сечения горной выработки (ширина, высота, площадь) зависят от ее назначения, габаритов транспортного оборудования, числа рельсовых путей, способа передвижения людей и количества проходящего по выработке воздуха.
Транспортные средства (подвижной состав, конвейеры) и другое необходимое оборудование должны размещаться в выработке так, чтобы были выдержаны расстояния между оборудованием и крепью, имелся проход для людей и другие зазоры, предусмотренные «Правилами безопасности (ПБ) в угольных шахтах». Кроме того, площадь поперечного сечения выработки должна быть такой, чтобы скорость движения воздуха по ней соответствовала нормативам.
Рассмотрим порядок определения площади поперечного сечения на примере выработки трапециевидной формы с деревянной крепью (рис. 3.22).
Ширина выработки В трапециевидной формы на уровне подвижного состава определяется по формуле
B = an+b + c + c1,
где а — наибольшая ширина подвижного состава (вагонетки или электровоза), м; п — число рельсовых путей в выработке; b — зазор между подвижным составом и крепью, м (не менее 0,25 м при деревянной, металлической и рамных конструкциях железобетонной и бетонной крепи и 0,2 м при сплошной бетонной и железобетонной крепи); с — зазор между встречными составами, м (не менее 0,2 м, в однопутных выработках с = 0); с1 — ширина прохода для людей на уровне транспортного оборудования:
с1 = m + (1,8–h)ctgα,
где m — зазор для свободного прохода людей на уровне 1,8 м от головки рельса, м (не менее 0,7 и 1,0 м в местах посадки людей в пассажирские вагонетки); h —высота подвижного состава, м; α — угол наклона стоек крепи к почве выработки, град (обычно α = 80°).
На закруглениях свободный проход для людей, а также между осями путей увеличивается в зависимости от радиуса закругления и жесткой базы подвижного состава. Это уширение принимается равным 0,2—0,3 м.
Высота выработки определяется исходя из размеров подвижного состава, высоты верхнего строения пути (320–350 мм) и высоты подвески контактного провода (при откатке контактными электровозами).
Контактный провод должен быть подвешен от головки рельсов на высоте: не ниже 1,8 м — в основных выработках; 2,0 м — на площадках, а также в местах пересечения выработок для передвижения людей; 2,2 м — в околоствольном дворе.
Расстояние от контактного провода до верхняка крепи должно быть не менее 0,2 м.
Высота от головки рельсов до верхняка
h1 =1,8 + 0,2.
Высота выработки от балласта рельсового пути до верхняка
h2 = h1 +0,14.
Высота выработки от почвы до кровли
h3 = h0 + h1 + d + δ,
где h0 — высота верхнего строения пути, м; d — толщина крепи, м; δ — толщина затяжки, м.
Ширина выработки в свету по верхняку
Bl=B – 2(h1 – h)ctgα.
Ширина выработки в свету по балласту
B2=B1+2h2 ctgα.
Площадь поперечного сечения выработки в свету
Sсв=(B1+B2)h2/2.
Площадь поперечного сечения выработки вчерне определяется с учетом толщины крепи и затяжки:
Sr = (B3 + B4)h3/2,
где В3 — ширина выработки у кровли, м.
B3=B1 +2(d + δ);
В4 — ширина выработки по почве, м,
В4 = В3 + 2h3ctgα.
Площадь поперечного сечения выработки в проходке определяется по формуле
Sn = (1,03–1,05)Sr
где 1,03–1,05 — коэффициент увеличения площади сечения в проходке.
Необходимую площадь поперечного сечения выработки в свету, обеспечивающую пропуск расчетного количества воздуха, определяют по формуле
Sв = Q/v,
где Q — количество воздуха, проходящего по выработке, м3/с; v — максимально допустимая скорость движения воздуха, м/с.
Аналогичным образом рассчитывается площадь поперечного сечения выработок с иными типами крепей, транспортных средств.
На основании проведенных расчетов принимают ближайшее большее типовое сечение горной выработки.
Максимальные скорости движения воздуха по горным выработкам в соответствии с ПБ не должны превышать следующих величин (м/с):
• стволы и вентиляционные скважины с подземными установками, предназначенными только для подъема людей в аварийных случаях, вентиляционные каналы — 15;
• стволы только для подъема и спуска грузов — 12;
• стволы для подъема и спуска людей и грузов, квершлаги, главные откаточные и вентиляционные штреки, капитальные и панельные бремсберги и уклоны — 8;
• прочие горные выработки, проведенные по углю и породе — 6;
• призабойные пространства очистных и тупиковых выработок — 4.
При этом средняя скорость движения воздуха в призабойном пространстве подготовительных и очистных выработок должна быть не менее 0,25 м/с.
Правилами безопасности регламентируются следующие минимальные площади поперечного сечения горных выработок:
• главные откаточные и вентиляционные выработки, людские ходки для механизированной перевозки — 9 м2, при высоте не менее 1,9 м от почвы (головки рельсов);
• участковые вентиляционные, промежуточные, конвейерные и аккумулирующие штреки, участковые бремсберги и уклоны — 6 м2 при высоте не менее 1,8 м;
• вентиляционные просеки, печи, косовичники и другие выработки — 1,5 м2;
• участковые выработки, находящиеся в зоне влияния очистных работ, людские ходки, не предназначенные для механизированной перевозки людей, — 4,5 м2 при высоте не менее 1,8 м.
