Форма и размеры поперечного сечения горных выработок

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

B_l=B – 2(h₁ – h)ctgα.

Ширина выработки в свету по балласту

B₂=B₁+2h₂ ctgα.

Площадь поперечного сечения выработки в свету

S_св=(B₁+B₂)h₂/2.

Площадь поперечного сечения выработки вчерне определяется с учетом толщины крепи и затяжки:

S_r = (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

S_n = (1,03–1,05)S_r

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

S_в = 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.