Водосборник в шахте

            k_с - коэффициент структурного ослабления, k_с = 0.8   

            x - коэффициент прочности массива, x = 0.7

                  G_сж=f×10, Мпа        (4)  где:   f - коэффициент крепости пород,  f=14

            G_сж=14×10=140 МПа

            R_сж=140×0,8×0,7=78,4 МПа

2. Предел прочности массива на длительное растяжение:

        R_р=G_р× k_с ×x, МПа        (5)

где:    G_р - предел прочности пород на растяжение, МПа

            G_р=0.1×G_сж, Мпа        (6)

            G_р=0.1×140=14 МПа

            R_р=14×0.8×0.7=7,8 МПа

3. Определим угол внутреннего трения пород

                    ,   =39⁰17'  (7)  На контуре выработки в массиве упругих пород вне зоны влияния очистных работ, пустот, трещин, горное давление оценивается величиной максимальных сжимающих для боков и минимальных растягивающих напряжений в кровле выработки.

      4. Определим максимально сжимающие напряжения для боков выработки:

             , МПа       (8) где:  К₁ - коэффициент концентрации сжимающих напряжений, К₁=2;

      g - средняя плотность пород, g=2,8 т/м³=2800 кг/м³;

       Н - глубина заложения горной выработки по проекту, Н=800 м

            

5. Определим минимально растягивающие напряжения в кровле выработки:

             (9)

где: К₂-коэффициент концентрации растягивающих напряжений, К₂=0,4

      h -  коэффициент бокового распора, h=0.35

      

6. Определим запас прочности пород боков выработки:

                    (10)

7. Определим запас прочности пород кровли выработки.

                    (11)           

    Кровля  и бока выработки относительно устойчивые, но требуется крепь.  

       3 Выбор и расчет крепи

             Для поддержания горных выработок в устойчивом состоянии  применяют горные крепи, под которыми понимаются искусственно сооружаемые  конструкции в горных выработках, которые предназначены для исключения их обрушения.

             На правильный выбор  типа и материала крепи оказывает  влияние следующие факторы: глубина  заложения выработки, срок службы и  назначение выработки; прочность и  деформация вмещающих пород; форма  и размеры поперечного сечения; физико-механические свойства горных пород; влияние очистных работ; величина и направление горного давления и главных напряжений; активность шахтных вод.

       

             Горные крепи должны обеспечивать высокую прочность  и устойчивость горной выработке  на весь срок её службы; не мешать выполнению производственных процессов; быть несложной, нетрудоемкой и экономичной в  процессе её возведения.

             Для крепления горных выработок применяют дерево, металл, железобетон, естественные и искусственные  камни. В качестве вяжущих веществ применяют цемент различных марок.

     Рассчитываем параметр устойчивости массива:

     

                (12)  

    В типовых паспортах крепления  горных выработок на руднике при  устойчивых породах и при значении параметра устойчивости  более 0,1 выработка должна крепиться. Рекомендована  набрызг-бетонная крепь, анкерная и  их комбинация.

    Рассчитаем  параметры горного давления.

    1. Высота свода естественного равновесия:

                    (13)

      При значительном сроке службы выработки  рекомендуется высоту свода естественного  равновесия определять по формуле:

    

где: а – полупролет свода обрушения, м

      f – коэффициент крепости пород

               (14)

            

    2. Боковое давление у кровли  выработки:

    

              (15)

      3. Боковое давление у почвы выработки:

 (16)

      Курсовым  проектом для поддержания выработанного  пространства принимаем набрызг-бетонную крепь. Бетон марки 300.

      Определим толщину набрызг-бетонной крепи  в своде.

                (17)

где: К_т- коэффициент, зависящий от типа крепи, К_т=0,035

      а – шаг крепи для выработки, принимаем 1 м

      q – горное давление, Мпа

      R_р – расчетное сопротивление растяжению, 7,8 МПа

              (18)

      

      Толщину постоянной крепи с учетом возможного развития горного давления необходимо увеличить на 30%.

      

      Курсовым  проектом на проведение и крепление  водосборника принимается толщина  свода выработки равная 50 мм.

      Толщину стенок принимаем равную толщине  свода выработки.

      Набрызгбетон представляет собой смесь цемента, заполнителей (крупные фракции до 25 мм) и воды, которую наносят на кровлю и стенки горной выработки методом набрызга с применением специальных машин, после чего она схватывается и твердеет.

      Набрызгбетонный слой обладает высокой прочностью и хорошим сцеплением с породами. Покрытие набрызгом выполняет не только защитную функцию, но служит и несущей конструкцией. Прочность затвердевшего бетона составляет 25-40 Мпа. Прочность набрызгбетонной крепи зависит от правильности приготовления бетонной смеси. Набрызгбетонную смесь приготовляют из тех же материалов, что и обычный бетон. Для создания необходимой толщины набрызг-бетонного покрытия торкретирование иногда ведут в несколько слоев. Через 3-4 ч после возведения набрызг-бетонной крепи в забое можно вести взрывные работы. Толщина набрызг-бетона, наносимого за один раз, составляет 5-7 см на стенках и 3-5 см на своде выработки; за несколько приемов (обычно 2-3) толщина набрызг-бетона не превышает 15-20 см. слои наносятся через каждые 10 минут.

      Для возведения крепи применяют специальную  установку -  торкрет-пушку СБ-67Б. производительность установки по сухой  смеси 4,5 м³/час, расход сжатого воздуха при давлении 5 ат 10 м³/час. Установка имеет пневматический двигатель мощностью 7,36 кВт.

      Расчет  состава бетона.

      Состав  бетона определяется соотношением 1:Ц:П. Это соотношение указывает, что на одну весовую (объемную) часть вяжущего вещества взято Ц весовых частей песка и П весовых частей щебня или гравия. Для крепления применяем бетон состава 1:2:5.

      Отношение объема бетонной массы к сумме  объемов составных частей называется выходом бетона. Выход бетона составляет 0,7. Объемный вес цемента 1300 кг/м³. Объемный вес наполнителей 2000 кг/м³.

      Определим количество составляющих бетона:

      - цемента:     (19)

      - породной мелочи:   (20)

      - гравия:     (21)

      Определим количество составляющих в кг для приготовления 1м³ бетонной смеси:

      - цемент=1300х0,179=233 кг

      - породная мелочь=2000х0,358=716 кг

      - гравий=2000х0,895=1790 кг

      Определим количество воды, необходимое для  затворения бетона. Водоцементное отношение принимаем равное В/Ц=0,4

      В=0,4хЦ=0,4х233=93,2 л

      Определим расход бетона. При толщине крепи 50 мм количество бетона на один погонный метр составит:

      Q=Рхd=13,5х0,05=2,025 м²       (22)

      Общее количество бетона на протяженность  участков закрепляемой выработки:

      Q_об=QхL_в=2,025х53,5=108,3 м³       (23) 

       4. Выбор и обоснование способа  проведения выработки

       

      Исходя  из горно-геологических и горнотехнических условий на Шерегешском руднике, применяют буровзрывной способ проведения горных выработок. Сущность буровзрывного способа проведения горных выработок заключается в том, что отбойка руды или породы в забое осуществляется энергией взрыва, которая образуется при взрывании зарядов ВВ помещенных в искусственных цилиндрических углублениях (шпурах, скважинах). При правильном ведении буровзрывных работ обеспечивается: точно соответствующая проекту форма и размеры поперечного сечения горной выработки; равномерное мелкое дробление руды, отсутствие разбросанности ее по всей длине, что обеспечивает удобную и производительную уборку и погрузку; ровную поверхность после взрыва; высокий  КИШ,  от которого зависит скорость проведения горной выработки. Буровзрывной способ включает в себя: бурение шпуров; заряжание и взрывание ВВ в шпурах; проветривание и проведение забоя в безопасное состояние; и другие вспомогательные процессы. Производство буровзрывных работ в забоях производится в соответствии с паспортом БВР при строгом соблюдении ЕПБ при взрывных работах.

       5. Выбор проходческого оборудования

    Бурение шпуров при проведении водосборника осуществляется бурильной установкой УПБ-1 с перфоратором ПП-54. Так как  выработка имеет ширину, позволяющую  вместить несколько установок, применяем  две установки.

    Бурильная переносная установка УПБ-1 является ударно-поворотной бурильной машиной. Диаметр шпуров 40 мм.

    Опережающая скважина буриться буровым агрегатом  НКР-100М, Ø скважины 105 мм

    Таблица «Техническая характеристика УПБ-1»

Высота  установки, мм	1800-2400
Диаметр шпуров, мм	36-40
Глубина бурения, м	2.2
Усиление подачи, кгс	140
Величина  подачи, мм	1300
Масса, кг	98-102
Давление  воздуха, кгс/см2	5
Расход  воздуха, м3/мин	не более 5
Мощность  перфоратора, л.с.	3.1
Число ударов в минуту	2300-2500

     Таблица «Техническая характеристика бурового станка НКР-100М»

Техническая производительность при крепости пород  f 12-14, м/ч, не менее	2.2
Условный  диаметр скважины, мм	105
Глубина бурения, м, не менее	50
Вид энергии	пневмоэлектрический
Расход  сжатого воздуха, м3/мин	18.8
Удельный  расход электроэнергии, кВт ч/м3	2518,4
Г абаритные размеры, мм, не более Длина Ширина Высота	2000 872 1800
Диаметр рукава для подвода воды, мм	18
Рабочее давление воды, атм	10-12
Масса, кг	650 50