В. Крепление горных выработок

Крепь горная– горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением. Таким образом, горная крепь выполняет несколько функций. По этой причине содержание понятия постепенно расширяется, сохраняя сущность – горная конструкция (сооружение).

Конструкция– (лат.) построение, постройка, строй, сложение, образование, устройство, расположение.Сооружать(соорудить), что – возвести, воздвигнуть, построить. В. Даль.

Можно еще обратить внимание на следующее. Конструкция определяет конкрецию, т. е. то, что выполняется штучно при строгой взаимной увязке размеров.

Расширение понятия произошло за счет включения в разновидности крепей конструкций, возводимых как на поверхности выработки, занимающих минимальной объем этой выработки, таки в массивепород вокруг выработки. Чтобы дать характеристику определенному виду крепи, надо сформулировать отличительные признаки и указать варианты исполнения. Результаты такого структурирования приведены в табл. 7.

Таблица 7.

Структурное описание исполнения горных крепей единичных выработок.

СТРУКТУРНЫЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Назначение выработок	а – крепь капитальных выработок (t > 4 года) б – крепь подготовительно-нарезных выработок
2. Вид выработок (их положение в пространстве)	а – крепь для горизонтальных выработок б – крепь для вертикальных выработок в – крепь для наклонных выработок
3. Положение крепи на трассе выработки	а – крепь для протяженных участков трассы б – крепь сопряжений, пересечений выработок в – крепь криволинейных участков и поворотов
4. Материал крепи (преобладающий)	а – деревянная крепь, б – металлическая крепь, в – бетонная крепь, г – железобетонная крепь, д – полимерная крепь, е – каменная крепь ж – смешанная крепь
5. Рабочая характеристика крепи	а – жесткие крепи б – податливые крепи
6. Характер взаимодействия крепи с массивом (назначение крепи)	а – поддерживающая крепь, б – подпорная крепь, в – ограждающая крепь, г – изолирующая крепь, д – упрочняющая крепь е - комбинированная
7. Местоположение крепи относительно выработки	а – в пространстве выработки б – на поверхности выработки в – в массиве, окружающем выработку
8. Срок функционирования крепи	а – постоянная крепь б – временная крепь
9. Форма очертания крепи	а – прямоугольная, б – трапециевидная, в – полигональная, г – бочкообразная, д – сводчатая, е - круглая
10. Степень перекрытия периметра сечения выработки	а – замкнутая б – не замкнутая
11. Конструктивное исполнение крепи	а – сплошная крепь (площадная) б – рамная (составная) в – анкерная (штанговая)
12. Способ изготовления крепи	а – сборная б - монолитная

Исторически первыми горными конструкциями были – крепи из дерева и камня. В последующем стали применять штанговую крепь и крепи–покрытия: набрызг-бетон, торкрет-бетон, полиметрые покрытия. Расширяя содержание понятия, стали к крепям относить и искусственное упрочнение трещиноватого породного массива путем нагнетания в него полимерного раствора.

В настоящее время широко применяют горную крепь из дерева (при сроке службы до 10 лет), бетона, железобетона. Расширяется область применения полимеров в качестве материала горной крепи. В благоприятных для поддержания условиях широко используют легкие крепи из набрызг-бетона, анкерную и др.

Рис. 6. рамная деревянная крепь: а – неполным дверным окладом, б – полным дверным окладом. Структурные элементы крепи: 1 – верхняк, 2 – стойка; 3 - лежень

Рис. 7. Виды рамного крепления: а – в сплошную; б – в разбежку (одинарными и спаренными рамами).

Структурные элементы крепи: верхняк, стойка, клинья, затяжка.

Рис. 8.Конструктивные параметры выработки, закрепленной деревянной крепью. Высотные: от верхнего края подвижного состава до головки рельс, от верхняка до головки рельс, от верхняка до дорожного полотна, высота выработки в свету (от верхняка до почвы выработки), высота выработки вчерне.

Ширина: выработки на уровне подвижного состава, на уровне верхняка, на уровне почвы, вчерне на уровне верхняка, вчерне на уровне почвы.

а– ширина подвижного состава, в – расстояние между подвижным составом и крепью, с – расстояние между подвижным составом, п - ширина пешеходного прохода.

Рис. 9. Клетевой ствол овальной формы, закрепленный бетоном (две клети - 1, ходовое и трубное отделения)

Возведение крепи остается весьма трудоемким процессом. Трудности механизации вызваны стесненными условиями и ограниченными размерами выработок, а также не приспособленностью некоторых конструкций крепи для их механизированного возведения. Наибольшая степень механизации достигается при возведении набрызг-бетонной и монолитной бетонной крепи с помощью передвижной опалубки и бетоноукладчиков.

При разработке методики расчета параметров и расположения элементов крепи, выборе материала принимаются во внимание горно-геологические условия и горнотехническая ситуация. На их основе формируется расчетная схема и подбирается рабочая гипотеза. Чаще всего используются гипотезы свода равновесия и свода обрушения, а также гипотеза волны опорного давления.

Следует обратить внимание на иной принцип работы крепи, где массив играет роль ее элемента. Так, при штанговом креплении породный массив непосредственной кровли можно «сшить» или «пришить» к основной, а разбитый трещинами, но упрочненный массив будет работать как монолитная бетонная крепь и т.д.

2.3. ПРОВЕТИВАНИЕ ПРОХОДЧЕСКИХ ЗАБОЕВ

Для создания нормальных условий работы в подземных условиях все функционирующие выработки на всем их протяжении должны проветриваться свежей струей, с тем, чтобы воздух содержал не менее 20% кислорода и не более 0.5% углекислого газа. Основное проветривание осуществляется за счет общешахтной депрессии вентиляторами главного проветривания, устанавливаемыми на устьях вентиляционных выработок (стволов, штолен). Проходческие забои всегда являются тупиковыми выработками и поэтому проветриваются вентиляторами местного проветривания. Особенно интенсивное проветривание необходимо после взрывных работ. Известны три схемы проветривания нагнетательная, всасывающая и комбинированная (см. рис. ).

Рис. 10. Схемы проветривания при проведении выработок вентиляторами местного проветривания (ВМП):а – нагнетательная, б – всасывающая, в, г – комбинированная.

При нагнетательном способенепосредственно подается чистый воздух; можно применять как жесткие, так и эластичные трубопроводы; расстояние от конца трубопровода до забоя не должно превышать 10 м; вентилятор устанавливается на расстоянии не менее 10 м от устья проводимой выработки со стороны свежей струи; подача вентилятора должна быть не более70% расхода воздуха по выработке, в которой он установлен; скорость воздуха – не менее 0.25м/с. Недостатки нагнетательного способа: - образовавшиеся при ведении взрывных работ газы перемещаются по всей длине выработки и люди могут войти в нее только тогда, когда средняя концентрация ядовитых газов достигнет предельно допустимые концентрации (ПДК).

При всасывающем способевоздух по всей проходимой (тупиковой) выработке остается чистым, люди могут находиться в ней даже во время взрывных работ за пределами выбросов газов и разлета кусков породы в укрытии от воздействия прямой ударной воздушной волны(УВВ). Недостатки всасывающего способа: невозможность использовать эластичные трубопроводы; необходимость соблюдать отставание вентиляционного става труб от забоя в пределах 2-3 м.

При комбинированном способе проветривания проходческих забоев, как правило, применяют два вентилятора, работающие один (основной) на всасывание, другой – на нагнетание (вспомогательный). Подача нагнетательного вентилятора должна составлять 70 – 80 % подачи всасывающего. На расстоянии 10 м от груди забоя устанавливается парус (прорезиненная перемычка). Конец нагнетательного трубопровода наращивается эластичным (прорезиненным) рукавом, который подвешивается кольцами на тросе и перед взрывом собирается «в гармошку». При включении вентилятора после взрыва наращенная часть автоматически распрямляется, обеспечивая необходимые по регламенту расстояния от груди забоя. При малых сечениях выработок для быстрого проветривания используют эжекторы. Существенный недостаток комбинированного способа - большие энергетические затраты. Однако он не заменим при проведении протяженных выработок большого сечения.

2.4. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПРОХОДЧЕСКОГО ЦИКЛА

А. Циклограмма проведения выработки. Основная задача проходческих работ – получить готовую выработку с определенными качественными характеристиками при оптимальных затратах всех видов ресурсов. Ее решение возможно лишь при надлежащей организации.

PS. Организовать – устроить, установить, привести в порядок, составить, образовать, основать стройно. В. Даль.

Организация – одна из основных функций управления, заключающаяся в упорядочении деятельности путем установления регламентов, нормативов, дисциплинарных требований и ответственности.

Организация (другими словами) - это функциональное разделение (специализация) и согласованное объединение усилий людей в деятельности на определенной логической основе.

В организации проведения горных выработок много общего, поэтому для формирования наших представлений по данному вопросу достаточно рассмотреть один наиболее типичный случай – проведение горизонтальной выработки в крепких породах.

Проведение выработок обычно поручается сквозной круглосуточной проходческой бригаде, разделенной на сменные звенья. Состав рабочих звена подбирается по комплексному принципу, т. е. чтобы каждое звено могло выполнять все необходимые работы в забое, входящие в цикл. Каждый проходчик по этому должен владеть двумя-тремя специальностями.

Работы в пределах одного цикла организуются по одной из возможных схем: 1 - с последовательным выполнением основных проходческих операций – бурения, заряжания, взрывания шпуров, проветривания забоя, уборки породы, возведения временной и постоянной крепи; 2 – с совмещением во времени основных, наиболее трудоемких операций – бурения шпуров, погрузки породы и возведения постоянной крепи.

Последовательная схемаорганизации работ более проста, не требует большого числа одновременно работающих проходчиков и применима при любых размерах выработок и известной механизации работ.

Параллельная схемаорганизации работ более сложна в выполнении, требует увеличения числа одновременно работающих проходчиков и механизмов, но дает выигрыш во времени. Организация работ будет существенно различаться, если предполагается выполнение одного или нескольких циклов в смену: цикличная и многоцикличная организация сменной работы при жестком графике цикличности или скользящем . В целом опять открывается возможность информацию свернуть (см. табл.8.)

Таблица 8.

Систематизация организационных форм проведения горных выработок

ВИДОВОЙ ПРИЗНАК	ВАРИАНТ ИСПОЛНЕНИЯ
1. Характер разделения труда в звене	а – специализированное комплектование звена б – комплексное комплектование звена
1. Характер выполнения (совмещения) основных операций цикла	а – последовательное выполнение операций б – параллельное выполнение операций в – смешанное (частично-параллельное)
3. Количество циклов в смену	а – цикличная (моноцикличная) б – многоцикличная (полицикличная): 1б – с жестким графиком цикличности 2б – со скользящим графиком цикличности
4. Характер разделения труда на уровне бригад	а – специализированные бригады б – сквозные бригады (комплексные)
5. Суточный режим труда	а – круглосуточный б – не полные сутки

Перебор вариантов исполнения указанных признаков открывает возможность организационного варирования с учетом ситуации.

Примером четкой организации работ при последовательном выполнении основных проходческих операций является проведение откаточного штрека сечением 10 мв скальных породах сf = 12 – 14 на Миргалимсайском руднике в апреле 1965г. со скоростью 1237.6 м/месяц (мировой рекорд). В забое бурили 31 шпур глубиной 2.2 м, патроны ВВ имели диаметр 36 мм. Обуривание забоя производили 10 перфораторами ПР-24л, установленными на пневмоподдержках П18-ЛА.

Для погрузки породы применяли машину непрерывного действия типа ПНБ-3 и самоходный секционный конвейер-перегружатель, сочетание которых обеспечило непрерывность погрузки, высокую скорость проходки и среднюю продолжительность проходческого цикла 55 минут.

Б. Комплексная норма выработки.Штат комплексной проходческой бригады рабочих устанавливается, в зависимости от проектной скорости, от объемов работ на цикл и существующих норм выработки. Требуемое число чел.-cмен (трудоемкость)Nпо каждому рабочему процессу определяется по формуле

=, чел-смен,

где V– объем работы на цикл по данному процессу в соответствующих единицах;

H– сменная норма в тех же единицах.

Общее число чел.-смен на цикл определяется по формуле

,

где - число чел.-смен по каждой проходческой операции.

Требуемый (явочный) штат комплексной бригады на цикл устанавливается из выражения:

,

где - принимаемый коэффициент перевыполнения нормы выработки.

Продолжительность каждой проходческой операции определяется по формуле

,

где Р– производительность машины или рабочего, ед./ч.

n–число одновременно работающих машин или рабочих.

Комплексная норма выработки определяется как отношение длины ухода за цикл на общее число чел.-смен на цикл. Величина обратная комплексной норме выработки представляет собой – комплексную норму времени.

2.5. СТОИМОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК

Стоимость проведения выработки слагается из прямых нормируемых затрат, общешахтных и накладных расходов.

Прямые нормируемые затраты – это расходы на выполнение работ непосредственно в забое выработки (на уход за цикл), т. е. по заработной плате рабочих, на материалы, энергию и амортизационные отчисления:

, руб./м.

Общешахтные расходы, т. е. услуги вспомогательных цехов – подъема, водоотлива, вентиляции, транспорта и др. на 1 м проведения выработки составят:

, руб./м,

где - принимаемый коэффициент услуг вспомагательных цехов (0.44 – 0.58)

Величина накладных расходов определяется из выражения:

,руб./м,

где - коэффициент накладных расходов на подземных работах (0.19 – 0.27).

Полная стоимость проведения 1м выработки составит:

, руб./м.

Снижение затрат на проведение горных выработок могут обеспечить:

- переходна скоростные методы проходки за счет рациональном использовании проходческого оборудования и снижения влияния затрат, не связанныхс выполнением работ в забое;

- применениеновейших достижений науки и техники, более совершенных средств механизации и технологии проведения выработок, позволяющих повысить производительность труда и снизить себестоимость выполняемых работ;

- исключениезавышения сечения выработки и необоснованного увеличения толщины и расхода крепи, что позволяет уменьшить объемы проходческих работ и тем самым снизить затраты на их выполнение, а также уменьшить расходы на крепление и материалы;

- разработка(тщательная и научно обоснованная) исоблюдение графика цикличности, как одного из важнейших условий уплотнения рабочего дня и достижения высоких технико-экономических показателей.

3. ТЕСТЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ

ПО ТЕМЕ 3:

СИСТЕМНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ

ЕДИНИЧНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

ЗАДАНИЕ 1.

Рис. 1.а, б, в, г, д, е. Назвать тип выработки, форму сечения. Назвать и указать функциональные группы шпуровых зарядов. Сделать эскизы в тетради.

ЗАДАНИЕ 2.

Рис. 2. Назвать тип выработки. Назвать и указать функциональные группы шпуровых зарядов. Сделать эскизы в тетради

ЗАДАНИЕ 3.

Рис. 3а, б, в, г, д, е, ж,

Назвать тип выработки.

Назвать и указать: функциональные группы шпуровых зарядов. Сделать эскизы

ЗАДАНИЕ 4.

Рис. 4. Назвать тип выработки. Назвать и указать функциональные группы шпуровых зарядов, подготовленные к взрыванию.

ЗАДАНИЕ 5.

Рис. 5. Назвать установку, принцип ее действия, структурные элементы

ЗАДАНИЕ 6.

Рис. 6. Назвать установку (машину), принцип ее действия, структурные элементы

ЗАДАНИЕ 7.

Рис. 7. Назвать машину, ее принцип действия и структурные элементы

ЗАДАНИЕ 8.

Рис. 8. Назвать машину принцип ее действия и структурные элементы

ЗАДАНИЕ 9.

Рис. 9. Назвать тип выработки и тип ее крепления. Назвать структурные элементы крепи и назвать материал крепи. Сделать эскизы в тетради.

ЗАДАНИЕ 10.

Рис. 10. Назвать тип выработки и типы ее крепления. Назвать элементы крепи. Сделать эскизы в тетради.

ЗАДАНИЕ 11.

Рис. 11. Соединение верхняка и стойки в лапу. Что означают на рис стрелки? Высказать предположение об условии применения представленных вариантов соединения. Назвать элемент крепи, обеспечивающий надежность соединения, указать его местоположение. Сделать эскизы в тетради.

ЗАДАНИЕ 12.

Рис. 12. Указать тип выработки и ее крепления. Расшифровать буквенные обозначения параметров выработки. Записать в общем виде площадь выработки в свету, вчерне, в проходке. Назвать числовые значения допустимых значений – а, в, с, п.

ЗАДАНИЕ 13.

Рис. 13. Назвать тип крепи и ее структурные элементы, пояснить механизм работы крепи. Сделать эскизы а рабочей тетради

ЗАДАНИЕ 14.

Рис. 14. Пояснить механизм работы штангового крепления, назвать структурные элементы штангового крепления. Предложить возможные варианты. Сделать эскизы в рабочей тетради

ЗАДАНИЕ 15.

Назвать тип выработки

Назвать тип крепи

Назвать форму поперечного сечения выработки

Назвать указанные цифрами элементы выработки

Указать размер транспортной колеи. Сделать эскиз в рабочей тетради.

ЗАДАНИЕ 16.

Назвать тип выработки

Используя информацию, представленную на рис, - назвать допустимое расстояние между подвижным составом, ширину прохода для человека, расстояние между стенкой выработки и подвижным составом, допустимую высоту подвески трубопровода на пешеходной стороне выработки.

Назвать форму поперечного сечения выработки.

Назвать тип крепи.

Сколько транспортных путей в выработке?

Какой тип электровоза

Назвать оснащение выработки

ЗАДАНИЕ 17.

Используя информацию, представленную на рис, - назвать допустимое расстояние между подвижным составом, ширину прохода для человека, расстояние между стенкой выработки и подвижным составом, допустимую высоту подвески трубопровода на пешеходной стороне выработки.

Назвать форму поперечного сечения выработки.

Назвать тип крепи.

Сколько транспортных путей в выработке?

Какой тип электровоза

Назвать оснащение выработки

ЗАДАНИЕ 18.

Используя информацию, представленную на рис, -

назвать допустимое расстояние между подвижным составом, ширину прохода для человека, расстояние между стенкой выработки и подвижным составом, допустимую высоту подвески трубопровода на пешеходной стороне выработки.

Назвать форму поперечного сечения выработки.

Назвать тип крепи.

Сколько транспортных путей в выработке?

Какой тип электровоза

Назвать оснащение выработки

ЗАДАНИЕ 19.

Назвать тип выработки.

Назвать тип крепи

Пояснить варианты техники возведения опорного венца крепи. Сделать эскизы в рабочей тетради.

ЗАДАНИЕ 20.

Назвать тип выработки.

Назвать оборудование, используемое в операциях проходческого цикла.

Какой тип используется крепи.

Назвать основные операции проходческого цикла, изображенные на рис.

ЗАДАНИЕ 21.

Назвать тип выработки. Назвать элементы оформления выработки, используемые при проходке (указанные цифрами). Кратко пояснить основные составляющие технологии проведения выработки. Сделать чертеж в рабочей тетради.

ЗАДАНИЕ 22.

Рис. 22. Назвать типы разменовок в приведенных схемах обмена вагонеток. Пояснить организацию работ по обмену вагонеток в схемах – а, б, в.

ЗАДАНИЕ 23.

Указать, нагнетательную, всасывающую и комбинированную схему проветривания вентиляторами местного проветривания (ВМП). Какие вентиляторы работают на всасывание, а какие – на нагнетание. Почему определено расстояние от вентилятора до сопряжения в 10м? Сделать рис. в рабочей тетради.

ЗАДАНИЕ 24.

По данной циклограмме ответить на вопросы: 1 – какой применен вид крепления, 2 – какова продолжительность рабочей смены у звена, 3 – назвать основные и вспомогательные операции цикла, 4 – что означают линии на графике и цифры над ними. Указать составные элементы циклограммы. Изобразить циклограмму в рабочей тетради.

4. ВОПРОСЫ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Назвать технологические процессы проведения единичной выработки

2. Назвать способы проведения выработок

3. Что понимается под технологическим комплексом проведения выработки

4. Принципы создания комплексов проведения выработки

5. Структурные признаки комплекса проведения выработки

6. Варианты исполнения отдельных признаков у буровых установок

7. Варианты исполнения отдельных признаков у погрузочных машин

8. Что понимается под основными и вспомогательными процессами проходческого цикла

9. Основные виды бурения

10. Что такое взрыв и определение заряда

11. Системная характеристика исполнения зарядов ВВ

12. Дать определение горной крепи, указать ее назначение

13. Структурные признаки системного описания горной крепи

14. Варианты исполнения отдельных признаков описания крепи

15. Назвать способы проветривания проходческих забоев. Пояснить их сущность

16. Назвать организационные формы проведения горной выработки

17. Что такое трудоемкость процесса

18 Что такое комплексная норма выработки

19. Что такое циклограмма и ее назначение

20. Статьи расходов в стоимости проведения горной выработки. Их удельный вес