Горно-геологическая характеристика пласта Байкаимского и боковых пород

1.Горно-геологическая характеристика пласта Байкаимского и боковых пород

Пласт Байкаимский в районе проведения вентиляционного уклона №33 имеет сложное строение и состоит из трёх угольных пачек, разделённых прослоями алевролита мощностью 0,15 и 0,05 метра с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконоваf=3-5. Структура пласта (сверху вниз) 2,55(0,15)1,10(0,05)0,78. Общая геологическая мощность пласта Байкаимского в районе меняется в пределах от 4,30 до 4,70 метров. Среднее значение мощности пласта составляет 4,60 метра.

В угольном пласте встречаются  включения «колчеданов» размерами  от 0,1*0,2*0,3 до 0,2*0,4*0,8 метра, f=7-9. Объёмный вес угольных пачек 1,28 т/м³. Крепость угля f=1,9. Сопротивление пласта резанию 210 кг/см². Марка угля 1ГВ. Качественная характеристика пласта: пластовая зольность А^d=12-13%, А_чуп=4,6-6,5%, влажность W=3,9-5,2%, выход летучихV^daf=43,5%, у=11, Q=6030, содержание серы S^d_t=0,14-0,31%.

Угол ВЕНТИЛЯЦИОННОГО УКЛОНА №33 составит 2-4 градуса, гипсометрия пласта слабоволнистая.

Природнаяметаноносность пласта Байкаимского, по геологическим данным в районе проведения штрека, составляет 9-11 м³/т.

Глубина ведения горных работ 215-225 метров от дневной поверхности. Горные работы будут производиться в зоне угрожаемой по горным ударам с глубины 150 метров. По внезапным выбросам пласт неопасен. Угольная пыль опасна по взрывчатости.

Пласт имеет ложную кровлю мощностью 0,3-0,6 метра, представленную трещиноватым мелкозернистым алевролитом, с многочисленными ослабляющими поверхностями, в виде прожилков угля, отпечатков растительных остатков, зеркал скольжений, f=3, G_сж=30 МПА, склонным к обрушению на призабойную дорожку вслед за выемкой угля.

Непосредственная кровля пласта сложена алевролитом, от мелкозернистого  до крупнозернистого, мощностью от 4 до 10 метров, f=3-5, G_сж=30-50 МПА. По устойчивой площади обнажения и продолжительности её устойчивого состояния, непосредственная кровля в районе проходки прогнозируется от среднеустойчивой до неустойчивой.

Основная кровля сложена  мелкозернистым песчаником, мощностью  20 метров, f=6-8, G_сж=60-80 МПА, труднообрушаемым.

Прогнозируемый приток почвенной воды составит 10 м³/час.

          2. Выбор поперечного сечения и типа крепи горной выработки.

Курсовым проектом рассматривается  проведение ВЕНТИЛЯЦИОННОГО УКЛОНА№33.

Уклон-наклонная  горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и проводимая по падению пласта.

Вентиляционный уклон– предназначен для подъема и транспортирования угля или пород с нижнего горизонта на верхний, пропуска свежей струи воздуха, передвижения людей, стока воды.

Форма поперечного сечения  выработки зависит от физико-механических свойств крепи, от величины и направления  горного давления, пересекаемых пород, от назначения и срока службы выработки, от положения выработки в пространстве, от способа проведения выработки, от размеров поперечного сечения выработки, от материала и конструкции

Различают следующие формы  поперечного сечения горной выработки: круглую, трапециевидную, арочную, полигональную. Наиболее благоприятной с точки  зрения устойчивости, рационального  использования крепи, ее несущей  способности и распределения, воспринимаемых ею нагрузок, является сводчатая и арочная формы.

Трапециевидная и прямоугольная  формы позволяет использовать несущую  способность крепи, проще обеспечивать поддержание сопряжения выработки  очистным забоем.

Исходя из горно-геологических  условий указанных в задании, учитывая практический опыт работы шахты  в данных условиях проектом принимаем  прямоугольную форму поперечного  сечения уклона,а в качестве крепи предусматриваем применение металлической, анкерной крепи с металлическим верхняком из СВП или ПШЛ.

Анкерная крепь предусматривает  собой систему закрепленных в  шпурах анкеров, расположенных определенным образом по периметру горной выработки  в окружающих ее породах и предназначена  для упрочнения массива горных пород и повышения устойчивости обнаженной части и горных пород, благодаря скреплению различных слоев в одну плиту.

Применение анкерной крепи  позволяет увеличить скорость выработки, снизить стоимость и трудоемкость горных работ в выработке, сократить  расход и стоимость горных материалов, расходы на ремонт и поддержание  горной выработки, улучшить состояние  боковых пород и повысить безопасность работ.

        3.Определение размеров поперечного сечения выработки.

Размеры поперечного сечения  горной выработки определяются количеством  воздуха проходящего по выработке, максимальными размерами транспортных средств, применяемых для транспортирования полезного ископаемого, доставки материалов и оборудования.

Допустимыми зазорами между  наружным размером транспортных средств  и внутренней стенкой выработки, предусмотренными ПБ.

Для определения размеров поперечного сечения конвейерного штрека необходимо определить ширину выработки в свету на высоте 1,8 метра.

По полученной расчетной  ширине выработки подбираем типовое  поперечное сечение из справочной литературы.

Предварительно вычерчиваем  схему поперечного сечения выработки  с показом размеров транспортного  оборудования и зазоров согласно ПБ.

Ширина выработки определяется по формуле: В_св = т +А1 + Р + А2 + п, м.

где А1 – габарит ленточного конвейера ЛТ 100; принимается из технической характеристики, 1,2 м.

т – зазор между бортом выработки и оборудованием с  неходовой стороны, согласно ПБ, 0,4 м.

А2 – габарит контейнера монорельса, принимается из технической  характеристики, 1,2 м.

Р – зазор между подвижным  составом и конвейером, принимается  согласно ПБ, 0,4 м.

п – зазор между оборудованием  и бортом выработки с ходовой  стороны, принимают согласно ПБ, 0,7 м.

Всв = 0,4 + 1,2 + 1,2 + 0,4 + 0,7 = 3.9

   По полученной  ширине выработки в свету принимаем  из справочника по креплению  горных выработок типовое поперечное  сечение конвейерного штрека  и размеры заносим в таблицу  3.1

Таблица 3.1. Размеры типового поперечного сечения горной выработки.

 

Ширина выработки  по почве, мм			Высота выработки, мм			Площадь поперечного  сечения, мм
В       проходке	в свету		В       проходке	в свету		В     проходке	в свету
	до	после		до	после		до	после
	осадки			осадки			осадки
4590	4350	4350	2710	2430	2390	12,7	11,0	10,8

 

Принятую площадь поперечного  сечения выработки проверяем  по допустимой скорости движения воздуха  по формуле:

V =     Q, м/с

60 xS_св

где Q – количество воздуха, проходящего по выработке, м³/мин.

S_св – площадь поперечного сечения выработки в свету, м²(после осадка).

Полученная расчетная  скорость соответствует требованиям  ПБ, если выполняется неравенство: V_min<V<V_max

где V_min– минимально допустимая скорость движения воздуха по выработке, согласно требованиям ПБ, равная 0,25 м/с.

V_max – максимально допустимая скорость движения воздуха по выработке, согласно ПБ равная 4 м/с.

Так как неравенство  выполняется, следовательно, типовое  сечение выбрано верно.

      4.Расчет крепи

Расчет крепи сводится к определению величины смещения пород кровли, напряженности пород  в боках выработки, сопротивлению  пород и длины анкеров в  кровле и боках выработки.

Определяем расчетную  величину смещения пород кровли по формуле:

UM=UT*KA-KШ*KB*Kd;   20*1*1*1*0.75 = 15 мм.

где UT- равное 20 - типовые смещения в кровле определяемые в зависимости от глубины разработки и расчетного сопротивления пород кровли сжатию по номограмме (рис. П 1.1 [4]);

KA- коэффициент, учитывающий расположение выработок для уклоновKA=1;

KШ- коэффициент, учитывающий отличие расчетной ширины выработки от В=5 м и определяются по формуле KШ=0,25 (В-1);

KВ- коэффициент учитывающий влияние других смежных выработок, L>15 м, KВ=1;

Kd- коэффициент учитывающий степень связывания и упрочнение пород различными конструкциями анкеров, для сталеполимерных анкеров при длине закрепления 1 м,Kd=0,75;

Определяем расчетное  сопротивление пород кровли на сжатие. Первоначально по геологическим  характеристикам породы, непосредственной и основной кровле по таблице 1[4], принимаем  первый тип кровли, а по таблице 2[4], принимаем второй класс  устойчивости кровли. Для первого типа кровли определяем Rсж=(Rmax+Rmin)*Kс/2.

где Rmax + Rmin- минимальное и максимальное сопротивление пород на одноосное сжатие в кровле на высоту В;

Kc - коэффициент учитывающий нарушенность кровли, трещиноватостью, для первого типа кровли равен 0,9.

Rсж=(100+15)*0,45=51.75 мПа

Н- глубина разработки, 100 м.

Для первого типа кровли в условиях расчетных смещений по таблице 3[4] принимаем сопротивление  анкерной крепи Ра=55 кН/м² и длину анкеров Lа=2,2 м.

Определяем расстояние между рядами анкеров по формуле:         

Ск=nк*Nа/ Ра*B

где nк- число анкеров в ряду, при В=4-5 м, число анкеров в ряду 4-5 шт.;

Nа- расчетная несущая способность сталеполимерных анкеров, для стали Ст5 и диаметром стержней 20 мм и длине закрепления не менее 1 м по таблице   [4] принимаем Nа = 90 кН/м;

Ск=5*90/55*4,59=450/252.45=1.8м

Определяем расстояние между рядами анкеров к кровле, по условию минимальной плотности установки анкеров по формуле:

Ск=nк/П*В;

где nк- минимальная плотность установки анкеров, измеряется Анк/м²;

П- плотность установки  анкеров при средней устойчивости пород кровли П=1Анк/м²;

В- ширина выработки  в проходке, в метрах.

Ск=5/1*4,59=1,08.

Окончательно принимаем  шаг крепи 0,9, в ряду 5 анкеров сталеполимерных со стержнями из Ст5, диаметром 20 мм, стандартной резьбой М20, длиной 2,2 м. Крепления анкеров в шпуре предусматриваем двумя ампулами с протяженностью участка закрепления не менее 1,0 м. Анкеры в кровле целесообразно располагать с отклонением крайних анкеров от нормали на угол 20 и на расстояние от боков выработки не более 0,3 м.

Для расчета параметров анкерной крепи в боках выработки  необходима расчетная высота h, которая принимается равной фактической высоте в проходке h=2,7 м. Определяем степень относительной напряженности пород и пласта расположенных в боках выработки по формуле:

б= KВ* KВЛ* КО* Ỷ * Н/Rсб

где Kв- коэффициент концентрации напряжений в боках от проведения выработки. Kв=1,5;

Kвл- коэффициент увеличения напряжения в боках выработки от других выработок, при L>15 м, Kвл=1;

Ко- коэффициент увеличения напряжения в боках выработки при расположении ее в зоне влияния опорного давления от очистных работ, Ко=1;

Ỷ - средний объемный вес пород принимаемый равным 0,025 кН/м³;

Н- глубина выработки  от поверхности 250 м;

Rсб- расчетное сопротивление пласта и пород в боках выработки на сжатие определяется по формуле:

Rсб= Rmax+Rmin/h, Rсб=15+30/2,9=15,5;

б=1,5*1*1*0,025*250/15,5=0,6;

Т.к. напряжение в боках  выработки меньше единицы, то крепление  боков анкерной крепью не предусматриваем  крепежного материала на 1 метр выработки  сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Расход крепежного материала на 1 м выработки.

Элементы крепи	Материал типо размер	Размеры, мм		Кол-во на 1 м раму	Кол-во рам на 1 м	Расход крепежного материала
						кг	Шт.
		длина	диаметр
Верхняк	подхват ПМ 4,0	4500	-	1	1,1	33,2	-
Анкер	АСП	2200	20	5	1,1	69,2	-
Затяжка	металл ЗР-1,2	1250*500	-	9	1,1	54,4	-
Ампулы	полимер АПЦ	750	23	10	1,1	-	11
Итого	-	-	-	-	-	156,86	11

 

                                                                                5.Выбор технологической схемы и средств механизации.

5.1. Выбор технологической  схемы.

Проведение горных выработок- это совокупность работ по выемке, погрузке, транспортированию горной массы, возведению крепи, наращиванию  транспортных средств и коммуникаций.

Различают способы проведения выработок:

5.1.1. обычный- применяют  в устойчивых породах, допускающих обнажения при небольших притоках воды или газа;

5.1.2. специальный- в неустойчивых, рыхлых породах, не допускающих  обнажения или в устойчивых  породах при больших притоках  воды или газа;