Проведение горных выработок
5.1 Форма и размеры сечения выработки
Расчет ведется для горизонтальной выемочной выработки арочной формы, пройденной комбайновым способом по пласту пологого падения со среднеобрушающейся основной кровлей. Длина данной выработки составляет 2800 метров. Выработку крепят одновременно с подвиганием забоя.
Для крепления используется арочная трехзвенная крепь КМП-АЗ. Арочная (форма более благоприятна с точки зрения устойчивости, рационального использования крепи, ее несущей способности и перераспределения воспринимаемых ею нагрузок.
Рама крепи КМП-А3 состоит из криволинейного верхняка и двух боковых стоек, криволинейных в верхней части и прямолинейных в нижней, устанавливаемых вертикально и соединенных с верхняком в накхлестку замками 3ПК конструкции НИИОГР.
Вертикальная податливость крепи составляет не менее 300 мм и осуществляется за счет скольжения верхняка и стоек в узлах их соединения. горизонтальная податливость крепи составляет 190-230 мм. Величина нахлестки элементов составляет 400 мм для крепи из спецпрофиля СВП-27.
Два соединенных замка 3ПК в каждом соединенном узле устанавливаются на концах соединительных элементов рамы крепи (верхняка и стойки). Для увеличения спорного сопротивления рамы крепи и исключения вдавливания стоек в почву, на их нижние концы устанавливаются объемные башмаки, выполненные из разрезанных вдоль отрезков спецпрофиля с фиксированными элементами. Стойки крепи заглубляются на 100 мм. Общее заглубление стойки с башмаком составляет 130 мм.
Для увеличения устойчивости рам крепи в продольном направлении, арки соединяются между собой межрамными связями, которые состоят из межрамных стяжек с отверстиями, изготавливаемых из равнобокового уголка (63х63х6) и скобы с двумя гайками. Стяжки устанавливаются в нахлестку и скобой с двумя гайками крепятся на рамах крепи. Рамы крепи соединяются между собой тремя межрамными связями, одна из которых устанавливается на верхняке по оси выработки, а две другие – на стойках, на расстоянии не менее 400 мм от замковых соединений. Рамы металлической крепи тщательно расклиниваются у замков деревянными клиньями.
Установка крепи КМП-А3 производится в следующей последовательности:
- после осмотра и проведения забоя в безопасное состояние производится установка временной предохранительной крепи, перекрывающей кровлю выработки;
- под защитой временной крепи производится уборки породы и подготавливаются лунки для установки стоек в соответствии с паспортом крепления;
- стойки устанавливаются поочередно в лунки и скрепляются станками с ранее установленной рамой, боковые стяжки располагаются, с учетом ожидаемой податливости крепи. на расстоянии не менее 0,4 м ниже соединительных узлов. Перед установкой в лунки на нижний конец стоек устанавливают съемные башмаки;
- при высоте выработки более 2,5 м устанавливается помост для возведения крепи;
- с помоста или с породно-погрузочной машины с помощью крепеустановщика или вручную поднимается верхняк под кровлю выработки, фиксируют в заданном положении и соединяют со стойков рамы посредством соединительных замков ЗПК;
- верхняк соединяют с ранее установленным верхняком минерамной сяжкой;
- между соедининенных замками смежных рам устанавливают межрамные деревянные распорки, а затем арку заклинивают в двух точках на высоте, равной 0,55-0,6 ее ширины или в 1/4 пролеты от оси сечения выработки деревянными клиньями в положении, соответствующем паспорту крепления;
- межрамное пространство между вновь и ранее установленными рамами крепи затягивают затяжками, закрепленное пространство тщательно заполняется породой, при наличии вывалов породы или угля пустоты заполняются кострами из дерева, а на пластах, склонных к самовозгоранию угля, костры выкладывают из негорючего материала.
Крепь КМП-А3 по степени перекрытия периметра сечения выработки относится к незамкнутой, по степени перекрытия породной поверхности вдоль выработки – к рамной, по способам изготовления и возведения – к сборной, по продолжительности использования – к постоянной.
Данная выработка относится к третьему классу капитальности.
Нарушение нормальной эксплуатации выработки ведет к остановке работы отдельного участка. Выработка относится к третьему классу устойчивости пород, который характеризуется средней устойчивостью. Для состояния пород данного класса характерно:
образование вывалов из кровли выработки, образование локальных зон разрушения, а также смещение пород на 30 мм. Допустимое время обнажения пород составляет 10-15 суток. Состояние породы – свод естественного равновесия.
По форме сечение выработки является сводчатая. Данная форма и размеры поперечных сечений выработки приняты по рекомендуемым типовым сечениям.
Сечение выработки:
в проходе 17,6 м2;
в свету 14,5 м2.
Сечение подготовительных выработок рассчитаны исходя из условий нормальной работы транспорта и пропуска необходимого количества воздуха при больших нагрузка на очистной забой с учетом необходимой податливости крепи, обеспечивающей требуемые размеры сечений подготовительных выработок в течение всего срока их службы. При расчете сечений принято, что все подготовительные выработки в той или иной мере испытывают влияние очистных работ.
5.2 Технология и механизация проведения выработки
Принимаем технологию проведения горизонтальных и наклонных (до + 10°) выработок с использованием арочной крепи комбайнами среднего и тяжелого типов.
Область применения указанной технологии распространяется на выработки, проводимые площадью сечения в проходке 15,9-25 м2, а в свету до осадки –12,8-20,6 м2 по породам прочностью на одноосное сжатие до 80МПа (f=6) с коэффициентом их присечки 0-0,75. Технологически отход не менее 90 м.
Штрек протяженностью 2800 м проводят площадью сечение в проходке 17,6 м2, в свету до осадки 14,5 м2 смешанным забоем по пласту угля (f=1,6) и породе (f=4,3). Крепление осуществляют металлической арочной трехзвенной крепью КМП-А3 с плотностью установки 2 арка/м при испольовании деревянной затяжки, устанавливаемой вплотную по периметру арки.
Технология осуществляется использованием комплекта оборудования, включающего проходческий комбайн 4ПП-2, перегружатель ППЛ-1К, скребковый конвейер СР-70М, ленточный конвейер 1ЛТП-80, монорельсовую дорогу 6ДМКУ.
По мере разрушения забоя, отбитая горная масса с комбайна через перегружатель попадает на скребковый конвейер, откуда масса посредством ленточного конвейера удаляется из забоя.
Сменное звено проходчиков состоит из четырех человек. Машинист и помощник управляют комбайном, в это же время один проходчик занят обслуживанием комбайна и подготовкой крепи к соединению.
После остановки комбайна машинист с помощником заменяют зубки, а третий проходчик продолжает подготавливать крепь к возведению. Затем все вместе возводят крепь. По окончанию данного процесса цикл повторяется. Четвертый член звена всю смену занят обслуживанием конвейерной цепочки.
Из четырех шестичасовых смен три – рабочие, одна – ремонтно-подготовительная. В ремонтно-подготовительную смену выходят 7 человек. они заняты устройством водоотливной канавки, удлинением конвейера и наращиванием ленты, ремонтом оборудования, наращиванием водопроводных и вентиляционных труб, монорельсовой дороги, доставкой материалов, кроме того производят затяжку и забутовку боков выработки.
При проведении штрека по описанной технологической схеме проектируются следующие технико-экономические показатели.
5.2.1 Расчет трудоемкости процессов.
5.2.1.1 Выемка горной массы комбайном.
Затраты механизированного труда:
| Ткм = | (5.1) |
где Ка – коэффициент пересчета трудоемкости на 1 м3 готовой
выработки
Nу – количество рабочих, занятых на управлении комбайном в
процессе выемки горной массы.
Nу = 3 человека
Rэ – эксплуатационная производительность проходческого комбайна,
тогда
Затраты ручного труда при обслуживании комбайна.
Подготовительно-заключительные операции:
Ткрп= Ка = 1,3959 чел.мин/м3
Замена зубков
Ткрз = Ка (0,1692+0,155F) = 0,64 чел.мин/м3.
Зачистка почвы и подкидка горной массы к погрузочному органу комбайна:
| Ткрг = Ка х А, чел.мин/м3 | (5.2) |
где А=0,23+(0,42-0,01 х F)F=0,9919
Ткрп = 1,3959х0,9919=1,33 чел.мин/м3
Раскаймовка крупных кусков угля и породы:
| Ткрр = Ка [0,108хF(0,15-0,0054F)]х0,521 чел.мин/м3 | (5.3) |
Суммарная трудоемкость работ по выемке горной массы комбайном
| Тк=Ткм+Ткрп+Ткрз+Ткрг+Ткрр=9,69 чел.мин/м3 | (5.4) |
Суммарная трудоемкость работ по обслуживанию комбайна:
| Ткр=Ткрх+Ткрг+Ткрр=2,491 чел.мин/м3 | (5.5) |
Трудоемкость работ по управлению комбайном при выемке горной массы:
| Тку=Ткм+Ткрр=7,1959 чел.мин/м3 | (5.6) |
5.1.1.2 Установка арочной крепи.
Подноска крепежных материалов:
| Тс криа=Ка[14,49 – Sпр (0,85-0,0625 Sпр)], чео.мин/м3 | (5.7) |
где Ка – коэффициент пересчета трудоемкости работ по возведению
крепления на 1 м3 готовой выработки:
| (5.8) |
тогда
Тскриа = 0,1586 х {18,89]=2,996 чел.мин/м3
Подготовка лунок
| Тал=Ка[2,57+F(1,53-0,035F)] =0,1586х[5,3507]=0,843 чел.мин/м3 | (5.9) |
Установка и разборка подмостей, заготовка клиньев и распор, подготовка хомутов и планок, проверка правильности установки крепи.
| Тап=Ка х 8,0=1,2688 чел.мин/м3 | (5.10) |
Установка и соединение элементов крепи:
| Тау = Ка[14,72 + Sпр х (1,475+0,0984 х Sпр)]=0,1586[71,16]=11,286 чел.мин/м3 | (5.11) |
Затяжка кровли и боков выработки с забутовкой пустот за рамами.
| Таз=Ка х Ка х Lр х [20,03+Sпр(1,434+0,085 х Sпр)]= =0,1586х0,5[71,598]=5,6777 чел.мин/м3 | (5,12) |
Суммарная трудоемкость установки арочной крепи:
| Та=Тан+Тал'+Тап+Тау+Таз=22,0715 чел.мин/м3 | (5.13) |
5.2.2 Расчет технических показателей проведения выработки.
5.2.2.1 Расчет технических показателей проведения выработки при минимальной возможной численности сменного звена (N3=3).
Продолжительность работ по выемке горной массы и обслуживанию комбайна.
| tк = , мин | (5.14) |
где Vц – объем готовой выработки за цикл, м3;
| Vц = Lц х Sсв = 0,5х14,5=7,25 м3 | (5.15) |
тогда tк = 9,69 = 23,42 мин
Продолжительность работ по установке арочной крепи:
| (5.16) |
Продолжительность цикла
| tц = tк + tу = 76,76 мин. | (5,17) |
Количество циклонов в смену:
| (5.18) |
где tсм – длительность смены, tм=360 мин.
tрег – длительность регламентированного перерыва tрег=20 мин;
tпр – время на подготовку к работе, tпр = 15 мин.
имеем:
Скорость проведения выработки:
| а) сменная Vсм = Nц х Lц = 2,12 м/смену | (5.19) |
| б) суточная Vсут = 3 х Vсм = 6,36 м/сутки | (5.20) |
| в) месячная Vмес = 25,6 Vсут = 162,82 м/мес. | (5.21) |
Производительность труда проходчика в метрах и м3 готовой выработки:
| м/чел.смену | (5.22) |
| м3/чел.смену | (5.23) |
5.2.2.2 Расчет технических показателей при максимально-возможной скорости проведения выработки.
При максимально-возможной скорости проведения выработки предусматривается и максимально-возможная численность сменного звена. В этом случае численность звена определяется из принципа распределения производственных операций по трем категориям:
А – операции, выполнение которых не совмещается друг с другом во времени, со строго регламентированной численностью проходчиков;
Б – операции, выполнение которых не совмещается во времени друг с другом и с операциями категории А, но на выполнение которых численность рабочих строго не регламентируется;
В – операции, выполнение которых может быть совмещено во времени друг с другом и с операциями категории А.
Продолжительность работ по выемке горной массы:
| мин. | (5.24) |
где Nу – количество рабочих, занятых управлением системы машин в
процессе выемки горной массы, Nу=3 человека;
тогда tкв=17,39 мин.
Продолжительность работ по обслуживанию комбайна:
| мин. | (5.25) |
где Nо – количество рабочих, занятых на обслуживании комбайна,
Nо-2 человека,
тогда: tко = 9,03 мин.
Продолжительность операции категории А:
tа = tкв + tко = 26,42 мин.
Трудоемкость работы, которую может выполнить один проходчик:
| , чел.мин/м3 | (5.26) |
Трудоемкость работ категории В:
| Тв = Там + Тал + Кс х Таз + Твр – Тсок, чел.мин/м3 | (5.27) |
где Кс – коэффициент совмещения работ по затяжке кровли и боков
выработки с работой комбайна, Кс=0,5.
тогда Тв=2,996+0,843+0,5х5,6777+0-1,25=5,43 чел.мин/м3.
Дополнительное количество рабочих в сменном звене для выполнения операций категории В:
| (5.28) |
Уточнение значения коэффициента совмещения:
| Кс=[Nв х - (Там + Тал + Твр – Тсок)]/Таз = = | (5.29) |
Численность сменного звена проходчиков:
| Nз = Nу + Nв = 3+1=4 человека | (5.30) |
Трудоемкость работ по креплению, не совмещенных во времени с процессами категории А:
| Тскс = Тап+Тау+(1-Кс)Таз, чел.мин/м3 | (5.31) |
имеем Такс=15,39 чел.мин/м3.
Продолжительность выполнения работ по креплению, не совмещенных во времени с процессами категории А, т.е. продолжительность работ по выполнению процессов категории Б:
| tб = Такс х | (5.32) |
Продолжительность цикла:
| tц = tа + tб = 54,31 мин | (5.33) |
Количество циклов в смену:
| (5.34) |
Скорость проведения выработки:
а) сменная Vсм = Nц х Lц = 2,99 м/смену;
б) суточная Vсут = 3 х Vсм = 8,98 м/сутки;
в) месячная Vмес = 25,6 х Vсут = 299,63 м/месяц.
Производительность труда проходчика в метрах и м3 готовой выработки:
м/чел.смену;
м3/чел.смену.
Расчет технических показателей проведения выработки при минимально-возможной численности сменного звена включает месячную скорость, которая на 20 м/месяц меньше требуемой скорости проведения данной выработки.
Расчет технических показателей проведения выработки при максимально-возможной скорости проведения выработки при максимально-возможной численности сменного звена (N=4 человека) обеспечивает скорость прохода месячную на 40 м/месяц большую по отношению к требуемой.
Принимается численность сменного звена в составе 4 человек, которые могут обеспечить проведение данной выработки к намеченному сроку.