Принимаем для погрузки грунта машину типа ПД-8

Таблица 4.3.1. Параметры основных типов погрузочных машин

Показатели	Погрузочные машины	Подземные экскаваторы	Погрузочно-доставочные машины
Периодического действия	Непрерывного действия	ЭО-5114	ЭО-7114	BROYTx41 (Норвегия)
Прямой погрузки	Ступенчатой погрузки
ПД-5	ПД-8
ППН-1с	ППН-3	ППМ-4п	ППМ-4у	ПНБ-3к	ПНБ-3д	ПНБ-4
Тех. производительность, м3/мин.	0,8	1,25	0,75	1,25	3,0	3,5	6,0	2,0	2,6
Емкость ковша, м3	0,2	0,5	0,25	0,32		1,2	2,0	2,5	2,5	4,0
Макс. размер куска породы, мм
Фронт погрузки, м	2,2	3,2	4,0	4,0	Не ограничен
Высота выгрузки, м	1,3	1,65	1,45	1,45	2,4	2,4	3,0	4,3	3,6	4,0	1,8	2,2
Наиб. высота копания, м		6,7	10,1	7,5
Макс. скорость, км/ч
Наименьшие габариты выработки
Ширина, м	2,15	2,5	2,3	2,3	3,7	3,7	4,0	5,5	8,0	7,1	2,9	3,5
Высота, м	2,35	2,9	2,35	2,35	2,5	2,5	3,0	6,5		7,0	2,7	3,0
Габариты машины ширина, м	1,15	1,90	1,40	1,54	2,0	2,5	2,7		3,3	1,9	2,5
Длина, м	2,77	3,2	7,43	7,65	8,5	9,0	10,0	6,8	7,85	9,2
Высота транспортная, м	1,5	1,8	1,88	1,73	1,45	1,9	2,0	4,1	2,24	2,46
Высота максимальная, м	2,25	2,8	2,15	2,25
Мощность двигателя, кВт	17,8		33,3		86,6						81,4	140,6
Масса, т	3,5	7,0	9,0	10,0				33,4	89,0	32,4	13,5	22,4

4.3.1. Транспортирование грунта

Применяют рельсовую, пневмоколесную и конвейерную откатки. Основным видом откатки в выработках большой протяженности является рельсовая. В состав рельсового транспорта входят: вагонетки, электровозы, рельсовый путь и энергетическое оборудование. В зоне погрузки грунта устраивают специальные разминовочные приспособления. В зависимости от вместимости вагонеток и интенсивности грузопотоков рельсовые пути устраивают шириной колеи 600, 750 и 900 мм с укладкой рельсов Р24 (при вместимости вагонеток до 2 м³) и Р33 (более 2 м³).

Саморазгружающиеся с торца большегрузные вагоны с донным конвейером типа ВПК позволяют эффективно производить уборку грунта при строительстве тоннелей. Благодаря подъему кузова при погрузке их можно объединять в бункер-вагоны, при этом породу грузят (машиной ПНБ) в крайний от забоя вагон, и скребковыми донными конвейерами вагонов она перемещается к головному. В результате сокращается время погрузки за счет исключения маневров.

При строительстве тоннелей небольшой протяженности весьма эффективным является использование самосвалов для транспортирования грунта и строительных материалов. В этом случае нет необходимости прокладывать рельсовые пути, организовать транспортное энергообеспечение. Однако во многих случаях требуется устройство разворотных приспособлений (поворотного круга, скользящей стальной плиты) или уширений выработки, и по мере увеличения длины тоннеля резко возрастает объем вентиляции. Поэтому пневмоколесный транспорт применяют при длине плеча откатки до 1 км.

При проходке нижним уступом для транспортирования грунта калотты в зону разработки уступа можно использовать самоходные вагоны на пневмоходу типа ВС. Эти вагоны оборудованы донным скребковым конвейером и электрическим приводом с питанием по гибкому кабелю, который наматывается на кабельный барабан объемом до 400 м. Параметры таких вагонов приведены в таблице 4.3.1.1.

Таблица 4.3.1.1. Параметры самоходных вагонов

Показатели	Марки самоходных вагонов
4ВС-10	1ВС-20	СКВ-10	2ВС-15
Грузоподъемность, т
Вместимость кузова, м3	8,4	12,9	7,5	9,0
Скорость передвижения, км/ч	8,0	8,0	8,5	7,0
Предельный уклон, град

Продолжительность бурения шпуров

Техническая производительность буровой машины определяется как:

- скорость бурения шпуров, для грунтов f=3...4 – 2,5...2,0 и f=6...8 – 1,6...1,2. В нашем случае принимаем =2,0;

- коэффициент потерь на замену бурового инструмента, принимается равным 0,6…0,7;

- коэффициент потерь на вспомогательные операции, 0,8…0,9;

Техническая производительность бурового агрегата:

- коэффициент одновременности работы буровых машин, при m=2...3 - 0.85...0.95; m=4...6 – 0.7...0.8;

- количество машин на агрегате;

Эксплуатационная производительность:

- коэффициент использования, =0,6-0,65;

Продолжительность бурения:

N – количество шпуров на забое, N=49;

L_K - длина комплекта шпуров, м;

η – коэффициент использования шпура, принимается 0,9-0,95;

N – количество агрегатов

Продолжительность заряжания шпуров:

N –количество шпуров;

- время заряжания одного шпура, 4…7 мин.

- число зарядников, 6 человек.

4.3.2. Расчет продолжительности уборки грунта

Продолжительность погрузки грунта Т_п для принятой погрузочной машины ПНБ-3К определяется по формуле:

где Т₁ - время для подготовки машины к работе, принимается 15-20 мин;

φ – коэффициент, учитывающий задержки во время работы машины, равный 1,1-1,15;

Т₂ – время погрузки грунта, определяется в зависимости от типа погрузочной машины. Для машины типа ПНБ-3К время чистой погрузки вычисляется по формуле:

где

где - доля объема грунта, остающаяся у стен выработки, принимается 0,1-0,15;

V – полный объем грунта, м³.

k₀ – коэффициент разрыхления грунта при взрыве, принимается 1,4-2,0;

k_р – коэффициент дополнительного разрыхления при погрузке, принимается 1,1-1,15;

– Коэффициент снижения производительности машины на подборке,0,2-0,25;

Q_T – техническая производительность машины, Q_T=3,0 м³/мин.

– доля объема грунта, требующая зачистки вручную, 0.1-0.15;

t₂ – продолжительность смены транспортного сосуда, принимается для вагонов 4-7 мин;

– коэффициент заполнения транспортного сосуда, 0,95;

– емкость транспортного сосуда,8.5 м³;

где μ – коэффициент излишка сечения, равный 1,05-1,10;

η – коэффициент использования шпура, принимается 0,9-0,95;

l_Ш - длина комплекта шпуров, м;

S – проектная площадь сечения выработки, S=20,92 м²

4.4. Назначение и типы временной крепи

Для поддержания кровли и стен выработки от обрушения и предохранения, работающих в тоннеле и горной техники от вывалов грунта устраивают временную крепь. В полускальных грунтах при раскрытии выработки по частям применяют, как правило, деревянную веерную крепь, а в скальных, проходку которых осуществляют сплошным или ступенчатым забоем, применяют контурную крепь, расположенную у контура выработки, позволяющую использовать высокопроизводительное проходческое оборудование, инвентарную передвижную опалубку.

Различают следующие виды контурной крепи: анкерную, арочную, набрызгбетонную и комбинированную. По характеру работы различают: подпорную – оказывающую сопротивление смещающимся в выработку породам (веерная, рамная, арочная), упрочняющую – увеличивающую прочность и устойчивость, окружающих выработку пород (анкерная, сочетание анкерной и набрызгбетонной), ограждающую – предохраняющую выработку от случайных выпадений кусков (металлическая сетка между анкерами или арками).

Вид временной при строительстве тоннелей горным способом назначается в зависимости от инженерно-геологический условий, которые обуславливают степень устойчивости контура выработки. Под устойчивостью понимается такое состояние породы, когда в течение некоторого времени не будет происходить обрушение контура. Степень устойчивости характеризуется с помощью комплексного показателя S.

- коэффициент крепости грунта в куске, =3,2

- коэффициент, характеризующий степень трещиноватости породы, определяется в зависимости от коэффициента относительной трещиноватости , где - ширина выработки, - расстояние между трещинами, м. Тогда =4,18.

- коэффициент, зависящий от вида поверхности трещин, =1

- коэффициент, зависящий от обводненности пород, =0,3

- количество систем трещин, =2

- коэффициент, характеризующий раскрытие незаполненных трещин, =1

- коэффициент, характеризующий заполнение трещин, =5

- коэффициент, принимаемый равным 1,5.

Так как показатель S находится в пределах от 0,05 до 1, то грунт относится к IV категории породы по устойчивости. Для данной категории степень устойчивости – весьма неустойчивая, допустимое время обнажения выработки – не более суток. Таким образом, после обуривания забоя и вентиляции необходимо сразу устанавливать временную крепь. Поскольку высота выработки более 10 м, то, в соответствии с нормами, принимаем способ нижнего уступа.

Исходя из категории породы по устойчивости, назначаем набрызгбетон с арками. До уборки породы производится проветривание, далее производится оборка кровли нависающих кусков породы, затем наносится слой набрызгбетона и устанавливается верхняя часть арок. Только затем производится уборка грунта.

Арочная крепь представляет собой пространственную систему, состоящих из обычных или широкополочных двутавров или специальных профилей, соединенных связями жесткости. Между арками и грунтом по всему периметру, а при относительно устойчивых стенах выработки – только в кровле, закладывают затяжку из досок или железобетонных плит «в разбежку», которую тщательно расклинивают в породу.

Возведение арочной крепи из-за значительной массы составляющих ее элементов обычно выполняют с помощью специальных самоходных крепеукладчиков. Для этой цели используют буровые установки, рамы, оборудованные гидравлическими захватами на автоподатчиках манипуляторов.

В качестве расчетной схемы арочной крепи принимаем трехшарнирную арку. Активной нагрузкой является вертикальное горное давление . При расстоянии между арками с нагрузка на каждую арку составит , где – нормативное вертикальное горное давление, определяемое по формуле

, кН/м²

где – удельный вес грунта, кН/м³;

– коэффициент крепости породы в куске;

b – ширина выработки, м.;

– кажущийся угол внутреннего трения грунта, град.

Принимаем двутавар №33 с площадью поперечного сечения А=53,8 см²., моментом сопротивления W=597 см³., радиусом инерции r=13.5 см. Расстояние между арками принимаем c=0.5w=0.75 м.

Далее определяются изгибающие моменты и нормальные силы в 2-3 точках арки и выбирается максимальное. Расчет производим по следующим формулам:

где - стрела подъема трехшарнирной арки, м.;

– радиус кривизны арки, м.