физика. Гоувповоронежский государственный университет
 Скачать 2.2 Mb.
|
|
Расчет вентиляции и выбор оборудования Потребность в свежем воздухе для целей вентиляции горных выработок может определяться по расходу взрывчатых веществ и объему ядовитых газов, которые выделя- ются при их взрыве При взрывных работах в условиях подземных выработок применяются только те ВВ, при взрыве 1 кг которых образуется не более 40 л условной окиси углерода. В соответствии с Правилами безопасности при всех способах и схемах вентиляции после взрывных работ в выработке необходимо подавать такое количество свежего возду- ха, которое обеспечит разжижение ядовитых газов (условной окиси углерода) до концен- трации 0,008% за время не более 30 минут. Время вентиляции можно увеличить только в том случае, если проветривание будет производиться в интервале между рабочим» смена- ми. Количество воздуха, необходимое дня вентиляции выработки определяем по фор- муле: Q=A*q*m*k/t где: А - количество ВВ, взрываемое за одну отпалку, кГ q - объем условной окиси углерода, образующейся при взрыве каждого килограмма ВВ - 0,04 м 8 70 m - коэффициент разжижения окиси углерода - 18500. Это отношение стопроцент- ной концентрации окиси углерода в начале вентиляции к допустимой в 0,008% в конце проветривания k - коэффициент, предусматривающий потери воздуха в трубопроводе. Вне зави- симости от длины трубопровода, потери воздуха не должны превышать 15% t - время вентиляции - 30 минут Если вентиляция выработки входит в состав рабочей смены, то ее продолжитель- ность не должна превышать 30 мин. При соответствующей организации работ вентиляция выработки может быть вынесена за пределы смены. В этом случае ее продолжительность ограничивается размерами интервала времени между двумя сменами или иными сообра- жениями. Рассчитанное количество воздуха следует проверять на скорость движения воз- духа по выработке из формулы: V=Q/S где: v – скорость , м/с S- сечение выработки, м 2 Эта скорость должна быть не менее 0,15 и не более 4,0 м/сек, Если скорость движе- ния воздуха по выработке находится вне названных пределов, то расчетное количество воздуха следует изменить в нужном направлении за счет времени вентиляции. Однако, одной потребности в свежем воздухе еще недостаточно для того, чтобы правильно выбрать вентилятор. Кроме этого, нужно знать еще и то сопротивление, кото- рое будет оказывать трубопровод движущемуся по нему воздуху. Сопротивлением самой выработки можно пренебречь, так как оно будет незначительно. В условиях действующих шахт и рудников, которые имеют широкую сеть различных выработок большой про- тяженности, с сопротивлением самих выработок приходится считаться. Сопротивление, которое оказывает трубопровод воздуху, равна разностии давле- ний в местах входа воздуха и выхода его из трубопровода. Эта разница в давлениях изме- ряется в миллиметрах водного столба, она будет тем большей, чем меньшим будет диа- метр трубопровода и чем большей шероховатостью будет обладать его внутренняя по- верхность, чем большей будет протяженность трубопровода и чем 'большее количество воздуха будет по нему проходить в единицу времени: h=4 а LV 2 /d где h- падение давления в трубопроводе, мм водного столба а - коэффициент аэродинамического сопротивления трубопровода, зависящий, как от характера его внутренней поверхности, так и от размеров его поперечного сечения 71 d - диаметр трубопровода, м L - общая длина трубопровода, м V - скорость движения воздуха по трубопроводу, м/с Пользуясь техническими характеристиками вентиляторов, которые приведены в справочниках,можно выбрать вентилятор для конкретных условий вентиляции. 6. КРЕПЛЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК 6.1. Горное давление Горные выработки испытывают воздействие сил, возникающих при нарушении изостатического равновесия в горном массиве в результате создания в нем искусственной выемки. Они проявляются как горное давление. Характер проявления горного давления зависит от геологических факторов, раз- меров горных выработок, а также способов проведения последних. При проведении горных выработок вокруг выработки происходит перераспределе- ние существующих напряжений, которое вызывает те или иные деформации. Если воз- никшие деформации не выходят за пределы упругих то выработка может простоять без крепи долгое время. Однако, такие идеальные условия встречаются далеко не всегда. В тех случаях, ко- гда возникающие деформации становятся пластическими, контуры выработки могут из- меняться. При дальнейшем развитии деформации происходит разрыв сплошности масси- ва, сопровождающийся выпадением отдельных кусков породы, а иногда обрушением кровли к обвалами стенок. Чтобы воспрепятствовать развитию чрезмерных напряжений в массиве горных по- род и предотвратить разрушение горных выработок применяют различные конструкции, которые называются крепью, а процесс их возведения и установки - креплением. Установлено, что горное давление изменяется во времени, В начале оно нарастает довольно быстро, давление этого периода называется первичным. Затем его рост посте- пенно уменьшается и по истечении некоторого времени прекращается; горное давление этого периода называется вторичным или установившимся. На протяжении второго пе- риода в кровле горизонтальных выработок завершается образование трещин и формиро- вание свода обрушения, а величина нагрузки, испытываемая крепью, в дальнейшем ока- зывается постоянной. Лучше всего результаты горного давления проявляются в горизон- тальных выработках. 72 При проходке горизонтальных выработок горное давление проявляется, главным образом, в кровле выработки и в меньшей мере со стороны боковых стенок. В некоторых случаях горное давление может проявляться и со стороны подошвы выработки. Если горизонтальная выработка не закреплена, а породы недостаточно прочны и устойчивы, то по мере обрушения в кровле образуется свод, а бока скашиваются и выра- ботка приобретает подковообразную форму. Наиболее правильная форма свода образует- ся при однородных породах. С образованием такого свода выработка может простоять до- вольно долгое время без нового обрушении. Поэтому такой свод называют сводом есте- ственного равновесия. По этой же причине выработка сводовой или трапециевидной фор- мы сечения будут более устойчивы против обрушения, чем выработки, например, пря- моугольного сечения. Образование сводов естественного равновесия может быть много- кратным и по причине буровзрывных работ в близких забоях, и по причине выветривания горных пород, что всегда имеет место в самих выработках. В таком случае, новые своды равновесия будут иметь все большие размеры . 6.2. Материалы для изготовления рудничной крепи Крепление горных выработок производится деревянной, бетонной, каменной и ме- таллической крепью. Дерево издавна применяется для крепления горных выработок из-за его относи- тельно большого сопротивления механическим нагрузкам, небольшого веса, упругих свойств и легкой механической обработки. При проходке горноразведочных выработок ему и сейчас отдают предпочтение. Ограниченный срок службы древесины, в данном слу- чае, вполне обеспечивает безопасное состояние выработки на всем протяжении ее ис- пользования. В последнее время при проходке горноразведочных выработок довольно ча- сто начинают использовать металлическую крепь, но применяют ее преимущественно лишь тогда, когда наместе производства разведочных работ нет крепежного леса, а его доставка будет экономически нецелесообразной. Кроме того, металлическая крепь (бе- тонная, каменная и т.д.) может применяться при специальных методах проходки в слож- ных геологических или гидрогеологических условиях. Для повышения сопротивления деревянной крепи гниению; ее пропитывают спе- циальными растворами - антисептиками, которые препятствуют развитию в ней различ- ных гнилостных бактерий и грибков. В качестве антисептиков применяются, например, фтористый натрий, хлористый цинк, уралит, триалит и др. Для повышения огнестойкости деревянная крепь обмазывается жирным известко- вым молоком, растворами глины, жидким стеклом. 73 Для изготовления крепи применяются различные технические сорта леса: бревна, подтоварники, жерди, пластины, брусья, доски и обаполы. Специально рудничными сор- тами леса являются рудничные стойки, которые готовятся ив хвойных пород и имеют длину 0,5-2,0 м (с интервалами в 0,1 м), а затем 2,1-5,0 м (с интервалами через 0,2 м). Их диаметр в верхнем отрезе равен 7,0-25,0 см /с интервалом в 2 см/, По условиям работы крепи часто необходим материал, хорошо сопротивляющийся не только сжатию, но и изгибу. Таким материалом является железобетон - бетон, в кото- рый помещена металлическая арматура, в виде каркаса нужной формы и размеров. Желе- зобетонную крепь делают монолитной или сборной. Помимо высокой сопротивляемости механическим нагрузкам, бетон или железобетон должны быть водонепроницаемыми и не поддаваться действию рудничных кислотных вод. Из остальных крепежных материалов можно назвать различные пластмассы, арми- рованные стекловолокном. Такая крепь, наряду с ее легкостью, устойчивостью к различ- ным механическим нагрузкам и к действию разных химреагентов, пока еще широкого распространения не получила. 6.3. Технологии создания крепи Крепление горизонтальных выработок Основной конструкцией деревянной крепи горизонтальных выработок является крепежная рама. Обыкновенная или неполная крепежная рама состоит из верхняка и двух стоек. Стойки чаще всего устанавливаются наклонно (трапециевидная рама). При слабой почве выработок крепежная рама делается полней. В этом случае в ее конструкцию вклю- чается еще и лежень. Нужно сказать, что в зависимости от условий проведения, гори- зонтальной выработки, отдельные элементы крепежной рамы могут отсутствовать или, наоборот, могут быть усилены дополнительными элементами. Наиболее ходовыми диаметрами крепежного леса является стойки с диаметром в верхнем отрезе 15-25 см. Расстояние между крепежными рамами определяется исходя из следующих условий: А) при неустойчивых породах - крепление сплошное, когда расстояние между ра- мами равно диаметру крепежных стоек; Б) при породах средней устойчивости - расстояние между рамами увеличивается до 1 м; В) при породах очень устойчивых - расстояние между рамами может быть доведе- но до 1,5-2,0 м; 74 Г) при породах исключительных по устойчивости и иногда на последних метрах выработки - последняя может проходиться без крепления вовсе. В этих случаях сечению выработки целесообразно придавать сводовую форму. Рис. 27. Общая схема крепления штольни. Первые метры выработок типа штолен, которые обычно проходятся или в рыхлых или в неустойчивых породах крепятся сплошной крепью. Далее переходят на крепление в разбежку и наконец последние метры такой выработки, как уже упоминалось, могут про- ходиться без крепления (рис. 27). Устьевая часть штольни, кроме того, крепится дополнительно. Различных вариан- тов такого крепления существует очень много, но все они предохраняют выработку и нанятых на ней людей от обрушения горных пород по склону рельефа дневной по- верхности Крепление вертикальных выработок Основной конструкцией деревянной крепи вертикальных выработок является ве- нец, представляющий собой прямоугольную раму, состоящую ив четырех брусьев или бревен. Наиболее ходовыми диаметрами крепежного леса являются стойки с диаметром в верхнем отрезе 15+20 см Венцы устанавливаются в горизонтальных плоскостях или вплотную - сплошная венцовая крепь, или на некотором расстоянии друг от друга по оси выработки - венцовая крепь на стойках (бабках) и венцовая подвесная крепь. Элементы венца соединяется меж- ду собой замком в лапу. Бабки с венцами соединяются замком в шип (рис. 28, 29). Сплошная венцовая крепь применяется для крепления шурфов и стволов разведоч- ных шахт, проходимых в породах неустойчивых и среднеустойчивых. Возводят ее сверху вниз, когда порода не допускает большого отставания крепи от 75 после проходки выработки на определенную глубину. Рис. 28. Крепление шурфа вразбежку на бабках (стой- ках): 1 - венцы, 2 - бабки. Рис. 29. Сплошное венцовое креп- ление шурфа на пальцах: 1 - рама, 2 - па- лец рамы, 3 - основной венец, 4 – венец. 76 При проходке шурфов и стволов шахт в слабых породах сплошная венцовая крепь возводится вслед за продвигание забоя. В устье выработки укладывается первый венец, имеющий пальцы (выступающие части стоек) со всех четырех сторон. Этот венец являет- ся одновременно у. основной проходческой рамой, по которой затем проверяется каче- ство, как проходческих, лак и крепежных работ. По мере углубки выработки нижний ве- нец, лишенный пальцев, подводится по частям под венец расположенный выше; при этом каждый последующий венец подвешивается к установленному металлическими скобами. Сплошная венцовая крепь, когда она возводится снизу вверх применяется при про- ходке вертикальных выработок в породах, позволяющих проходишь эти выработки без крепления в интервале до 4-5 м. Состоит она из основных венцов, которые по своим ко- ротким стойкам имеют пальцы, и венцов вспомогательных, которые пальцев не имеют. Длина пальцев берется от 0,3 м в более прочных породах до 0,8 м в породах менее проч- ных. Пальцы заводятся в лунки, которые устраиваются в соответствующих стенках выра- ботки. При всём следуем отметить, что лунки могу! выполняться, как -в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. После проходки определенного участка выработки сначала, устанавливается в лун- ках основной венец, а затем вспомогательными венцами наполняется пройденный интер- вал между двумя смежными основными венцами. Венцы, в зависимости от глубины вруб- ки заика, могут располагаться по отношению друг к другу или вплотную, или же с неко- торым промежутком. Промежутки между венцами необходимо оставлять при вспучиваю- щихся глинистых породах для предотвращения поломки венцов. Венцовая крепь на стойках (или бабках) применяется для крепления вертикальных выработок в устойчивых породах, которые позволяют проходить выработку до 10 м без крепления. Возводится она снизу вверх по мере углубки выработки на величину звена. При этом способе крепления вначале устанавливается своими пальцами в лунках нижний основной венец. Размер пальцев, характер и назначение лунок остаются прежними. За- тем на коротких вертикальных стойках длиной в 0,8-1,0 м, устанавливаются вспомога- тельные венцы, которыми и заполняется весь пройденный интервал. Диаметр вертикаль- ных стоек (бабок) обычно берется на 2-3 см меньшим по сравнению с диаметром стоек венца. Подвесная венцовая крепь применяется приблизительно в тех же условиях, что и венцовая крепь на бабках, но возводят ее сверху вниз. Последнее означает, что выработ- ку можно крепить непосредственно вслед за ее проходкой, не ожидая пока будет пройден необходимый интервал в 4-10 м. Поэтому, по соображениям организации горнопроходче- ских работ и их цикличности, этому обстоятельству следует уделять внимание при окон- чательном выборе способа крепления вертикальной горной выработки. Расстояние между 77 венцами здесь, как и при предыдущем способе, берут порядка 0,8-1,0 м. Пальцы, лунки и остальные детали будут такими же. Плоскости венцов при любом виде венцовой крепи должны быть строго горизон- тальны и тщательно расклинены. Стенки должны быть вертикальными, а диагонали се- чения должны быть всегда одинаковыми. Пространство между венцовой крепью в раз- бежку истенками выработки затягивается досками, или горбылем и забучивается отрабо- танной горной породой. Любая вертикальная выработка(шурф или шахтный ствол ) в устьевой части, про- ходимой обычно по рыхлым наносам, крепится сплошной венцовой крепью, затем пере- ходя на венцовую крепь вразбежку и, наконец, ее последнее метры не крепятся вовсе. форма сечения при этой остается прямоугольной. Только в эксплуатационных выработках или в тех разведочных, из которых проходятся другие выработки, не имеющие непосред- ственного выхода на поверхность, крепление может доходить до самого забоя. 7. ОСВЕЩЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Поверхностные горноразведочные выработки легкого типа, проводимые, как пра- вило, в пределах светового дня, в дополнительном освещении не нуждаются. Освещать приходится лишь подземные выработки. Хорошее и рациональное освещение выработок имеет очень большое значение, так как от него в значительной степени зависят санитарные условия труда и безопасность ра- бот, производительность труда и качество выполняемой работы. Наибольшая освещенность предусматривается в камерных выработках, в которых размещены работающие машины (в частности, буровые станки), а в призабойном про- странстве при бурении шпуров, креплении, погрузке и выполнении других проходческих работ Для освещения подземных горных выработок применяют следующие источники света: 1. Стационарные, действующие на протяжении всего срока службы выработки. 2. Полустационарные, которые по мере продвигания забоя могут перемещаться. 3. Местные, при которых осветительная установка монтируется на горнопроходче- ских машинах или механизмах. 4. Переносные или индивидуальные. В качестве стационарных, полустационарных и местных светильников использу- ются сетевые электрические светильники с лампами накаливания или люминесцентными 78 лампами. Переносные лампы могут быть пламенными /бензиновые и ацетиленовые/ и ак- кумуляторными. Переносные лампы являются основным источником света не только в горноравве- дочных выработках, но и в очистных и подготовительных забоях эксплуатационных вы- работок. Спуск в шахту и передвижение людей по выработкам, а также производство ра- бот без горящей переносной лампы запрещается. Достаточная освещенность будет достигнута, если между светильниками мощно- стью 60-100 ватт будут выдержаны следующие расстояния: 3-4 м - в камерах, на подстанциях, на рудничных дворах. 5-6 м - в забоях очистных, подготовительных и горно-разведочных выработок. 15-20 м - в выработках с механической откаткой и доставкой, в людских ходках. По всему стволу вертикальной выработки подвешиваются светильники мощностью 60-100 вт. черев каждые 20-30 м. Кроме того, забой, стационарные и подвесные полки этих выработок освещаются дополнительно из расчета 10-15 вт на каждый квадратный метр площади забоя или полка. С целью увеличения освещенности повышают отражательную способность стен выработок путем их побелки. На забое применяют лампы накаливания при напряжении 36 в, в остальной части выработки –127 в, и лишь при использовании люминесцентных ламп допускается напряжение 220в. |