Основы Горного Производства. Калиниченко О. И., Зыбинский П. В., Хохуля А. В. Основы горного производства
 Скачать 18.24 Mb.
|
|
а) Рис. 2.136. Сплошная венцовая крепь. Соединение элементов венца 139 Различают венцовую крепь сплошную, на стойках и подвесную. Сплошную венцовую крепь (рис. 2.136, а) применяют для крепления выработок, проводимых по слабым породам, испытывающим всестороннее горное давление. Венцы укладывают один на другой вплотную в виде сру- ба. Элементы венца соединяют между собой в виде прямых односторонних (рис. 2.136, б) и двусторонних (рис. 2.136, ж) или в виде косых односто- ронних (рис. 2.136, в, е) и двусторонних (рис. 2.136, г, д) «лап». В конструкции крепи выделяются опорные (основные) и обычные (рядовые) венцы. У основного венца, служащего для поддержания рядовых венцов бревна по короткой или длинной стороне имеются выступающие на 0,3-0,5 м концы (пальцы), которые заводятся в специальные лунки, устраи- ваемые в стенках выработки. По способу возведения сплошная венцовая крепь может выполняться снизу-вверх или сверху-вниз. Способ возведения кре- пи снизу-вверх используется при условии, что породы до- пускают обнажение стенок выработки на 4-8 м. Укладка основного и рядовых венцов приведена на рис. 2.137. Каждый брус опорного венца вставляют одним из вы- ступающих пальцев в мень- шую по сечению лунку, а вто- рым выступающим пальцем укладывают горизонтально че- рез заводную лунку. Опорные венцы тща- тельно расклиниваются, а лун- ки забутовываются. Иногда вместо опорного венца по ко- роткой стороне выработки в лунки укладываются два опор- ных бревна. На опорный венец (опорные бревна) укладывают- ся рядовые венцы. Простран- ство между стенками шурфа и крепью забутовывается куска- ми породы. Работы по возве- Рис. 2.137. Возведение деревянной крепи снизу-вверх Рис. 2.138. Возведение деревянной крепи сверху-вниз 140 дению крепи на длине звена (4-8 м) выполняются до вышерасположенного опорного венца. В слабых, неустойчивых породах сплошная венцовая крепь возводит- ся сверху-вниз вслед за проходкой. При этом элементы рядовых венцов под- вешивают к основному венцу скобами (рис. 2.138). Венцовая крепь на стойках (рис.2.139) применяется при устой- чивых породах или ко- гда устойчивость боко- вых пород позволяет пройти 1,5-3 м шурфа без крепления. Крепь на стойках устанавливается снизу-вверх. Длина звеньев принимается в пределах 5-10 м. Рядо- вые венцы устанавли- вают на стойках длиной 0,5-0,8 м. Стойки с эле- ментами венца обычно соединяют в паз и скре- пляют скобами. Рас- стояние между венцами затягивают досками или горбылем и забутовы- вают вынимаемой поро- дой. Подвесная крепь (рис. 2.140) применяется при проходке шурфов в глинистых породах, ко- гда можно пройти уча- сток шурфа на глубину 1-1,5 м без крепления. При этом используется подвесная крепь на досках или металлических стержнях (металлическая инвентарная крепь, рис. 2.140, б). К установленному в выработке опорному венцу на подвесках из гор- былей (стержней) подвешивают промежуточный венец и соединяют оба венца между собой стойками. В процессе углубки нижний венец подпирает- ся временными стойками, длина которых с углубкой увеличивается. Рас- стояние между венцами затягивают горбылем или досками, и забучивают. Рядовые и основные венцы расклиниваются деревянными клиньями. Рис. 2.139. Возведение крепи на стойках Рис. 2.140. Возведение подвесной крепи: а – крепь на досках; б – инвентарная крепь 141 При проходке шурфов круглого сечения (в мягких породах) исполь- зуется каркасная крепь, состоящая из металлических каркасов 1 и деревян- ной опалубки 2. Звенья крепи длиной 2-3 м различного диаметра собирают- ся на поверхности и опускаются в пройденный участок, формируя ступен- чатую форму шурфа (рис. 2.141). Диаметр каждого последующего уступа меньше предыдущего на 0,2 – 0,3 м. Диаметр самого нижнего уступа 1 м. При проходке шур- фов в весьма неустойчи- вых породах, плывунах применяется опережаю- щая забивная крепь. Креп- ление забивной крепью, которая может быть как наклонной (рис. 2.142, б), так и вертикальной (рис. 2.142, а), производится в следующей последова- тельности: в устойчивых породах над плывуном ус- танавливается основной венец, к которому на ско- бах подвешиваются рядо- вые венцы до кровли плы- вуна; внутри нижнего на- ружного венца размещает- ся внутренний венец; ме- жду этими венцами поме- щают деревянные брусья, плотно подогнанные друг к другу (рис. 2.142, в), ко- торые забиваются в поро- ду на 0,2-0,3 м, с услови- ем, чтобы брусья по пери- метру опускались равно- мерно; внутри крепи вы- бирается порода. Нижние торцы брусьев усиливают- ся металлом (рис. 2.142, г). После забивки кре- пи на всю длину на забое снова устанавливаются наружный и внутренний венцы, между которыми Рис. 2.141. Крепление шурфов круглого сечения каркасной крепью Рис. 2.142. Крепление шурфа забивной крепью: а – вертикальная крепь; б – наклонная крепь; в – соединение брусьев крепи; г – усиление брусь- ев металлом 142 помещаются деревянные брусья. Операция забивки крепи повторяется. Бетонная крепь представляет собой сплошной монолитный цилиндр с опорными венцами, устраиваемыми через каждые 30-60 м. Применяют бе- тонную крепь и без опорных венцов. При проходке ствола на глубину звена его крепят вре- менной крепью, состоящей из составных металлических ко- лец, подвешиваемых по мере подвигания забоя в направле- нии сверху вниз. Кольца ме- таллической крепи (рис. 2.143) изготовляют из швеллерных балок 1, которые соединяются штырями 5. Расстояние между кольцами временной крепи обычно 1,0-1.5 м. Для подве- шивания колец используют крючья 2 из круглой стали диаметром 25-30 мм. Между кольцами для большей жест- кости устанавливают стойки- распорки 3 из металлических труб. Пространство между кольцами и стенками затяги- вают досками 4. По окончании проходки звена сооружают опорный ве- нец (рис. 2.144). Расстояние между опорными венцами ус- танавливается в зависимости от устойчивости пород. Опор- ные венцы 5 обычно возводят- ся с подвесного проходческого полка 1 с использованием опа- лубки 3 и деревянного помос- та 4 При укладке бетона в опорном венце заделываются крючья подвески первого кольца временной крепи. Над опорным венцом возводят бетонную крепь. Кольца временной крепи 2 постепенно убирают. Если при этом имеется Рис. 2.143. Временная крепь ствола Рис. 2.144. Возведение бетонной крепи с опорными венцами: 143 опасность обрушения породы, то временную крепь не убирают, а оставляют внутри бетона. Как правило, бетонную смесь при возведении крепи подают с поверхности по специальным бетоноводам. Толщину крепи из монолитно- го бетона в зависимости от условий принимают от 200 до 500 мм, иногда и более. При определении прочных размеров крепи ее толщину d определяют по формулам сж p сж вн p P R P d 150 , или 1 2 р сж сж вн P R d , где р Р - наружное давление на кольцо крепи; вн R - внутренний ради- ус бетонного кольца; сж - допустимое напряжение материала кольца. Монолитный железобетон применяют в случае неравномерного дав- ления на крепь ствола. Толщина крепи 200-400 мм. Рабочую арматуру рас- полагают горизонтально, а распределительную вертикально. Сборный железобе- тон применяют в виде от- дельных камней, которые могут иметь формы сегмен- тов или прямоугольников. Железобетонные сегменты называют тюбингами. Из тюбингов собирают кольца крепи, имеющие взаимную связь (рис. 2.145). Сечение ствола в этом случае круг- лое. Соединение тюбингов в кольцо осуществляется благодаря наличию на од- ном ребре выпуклой по- верхности 1, а на другом – соответствующей вогнуто- сти 2. Кольца подвешивают на болтах к выше установ- ленному тюбинговому кольцу. Для предупрежде- ния обрыва болтов, соеди- няющих тюбинги, проводится тампонаж за тюбингового пространства после установки не более шести колец, а также расклинку тюбинговой крепи не менее чем в четырех местах перед каждым взрыванием. Тюбинговая крепь возводится с подвесного полка или непосредст- Рис. 2.145. Тюбинговая крепь ствола 144 венно из забоя. Наличие у тюбингов кольцевых ребер существенно повышает аэро- динамическое сопротивление стволов. Крепь из тюбингов стоит дорого, а поэтому крепь из монолитного бетона успешно конкурирует с крепью из тюбингов. 2.8. Вентиляция горных выработок Основной задачей вентиляции горных выработок является исключе- ние вредного воздействия на человека ядовитых газов, содержащихся в руд- ничном воздухе, высоких и низких температур, предотвращения опасного скопления газа и пыли в выработке. В общем случае проветривание, как производственная операция, обеспечивает безопасность и высокую произ- водительность работ. Рудничным называется воздух, поступающий в подземные горные выработки и претерпевающий изменения в процессе перемещения по ним. Эти изменения выражаются, прежде всего, в уменьшении содержания ки- слорода и увеличении содержания углекислого газа. К основным причинам уменьшения содержания кислорода в воздухе выработок относятся окисление горных пород, древесины, ведение взрыв- ных работ, работа двигателей внутреннего сгорания. В рудничном воздухе может оказаться целый ряд ядовитых газов, к предельно-допустимым концентрациям (ПДК) которых (в объеме руднич- ного воздуха) Правила безопасности предъявляют жесткие требования (табл. 2.9). Рудничная пыль - мелкие и мельчайшие частицы твердого мине- рального вещества, которые долгое время способны находиться в руднич- ной атмосфере, во взвешенном состоянии или осевшие на поверхностях вы- работок. Взвешенная в воздухе рудничная пыль называется аэрозолем. Наибо- лее опасными являются пылинки крупностью от 0,2 до 10 мкм, способные проникать в альвеолы легких. Витающая в воздухе пыль, если ее концен- трация превышает санитарные нормы, может явиться причиной профессио- нальных легочных заболеваний (пневмокониоз). Поэтому санитарные нормы строго ограничивают количество пыли (ПДК) в рудничном воздухе, и, прежде всего минеральной пыли, содержа- щей кристаллический кремнезем ( 2 SiO ), являющийся источником такой болезни, как силикоз: - для пыли, содержащей 2 % 70 SiO - 1 мг/м 3 ; - для пыли, содержащей 2 % 70 10 SiO - 2 мг/м 3 ; - для пыли, содержащей 2 % 10 SiO - 4 мг/м 3 . 145 Таблица 2.9. Условия образования и ПДК ядовитых газов в выработ- ках Газ Причина образования. Последствия. ПДК. Окись угле- рода СО Взрывные работы, рудничные пожары, взрывы метана и угольной пыли, работа двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Смертельное отравление наступает после непродол- жительного вдыхания воздуха с содержанием СО =0,4%. ПДК 0.0016%, (20 мг/м 3 ). Углекислый газ, 2 СО Взрывные работы, работа ДВС, гниение древесины, окисле- ние угля, выделение из массива горных пород и подземных вод. При содержании 2 СО =15-20% человеку угрожает смерть. ПДК 0,5% - у рабочих мест; 0,75%- всей шахты Сероводо- род S H 2 Выделение из калийных солей и минеральных источников. Разложение серосодержащих пород шахтными водами, гние- ние древесины и органических веществ. ПДК 0.00066%, (10 мг/м 3 ) Сернистый газ 2 SO Взрывные работы по сернистым породам, выделение из мас- сива горных пород, содержащих серу. ПДК 0.00035%, (10 мг/м 3 ) Окись азота NО Взрывные работы. При контакте с кислородом образует 2 NO и 4 2 О N . ПДК 0.00025%, (5 мг/м 3 ) Аммиак 3 NН Разложение азотсодержащих соединений, особенно при взрывных работах в апатит-нефелиновых рудах. ПДК 0,0025%, (20 мг/м 3 ) Водород 2 Н Встречается на калийных и угольных месторождениях как примесь к метану и углеводородам, выделяется при зарядке аккумуляторов. Горит и взрывается при содержании в воз- духе от 4 до 72 %, температура воспламенения 577-590 о С. Взрывается мгновенно без индукционного периода. ПДК = 0,5% Метан 4 СН В больших количествах встречается на угольных месторож- дениях, в меньших – на месторождениях калийных солей, в небольших – не месторождениях других полезных ископае- мых. Образует с воздухом взрывчатую смесь. При концен- трации 4 СН : 5—16%—взрывоопасен. Метановоздушная смесь взрывается при температуре 635 о С и более. Согласно правилам безопасности концентрация 4 СН в ис- ходящей струе из забоев 1%, в исходящей струе шахты 0,75%, в поступающей струе 0,5%. 146 При определенных концентрациях и температурах, пыль может вос- пламеняться и гореть. Воспламенение и горение пыли в свою очередь может вызвать взрыв. В угольных шахтах пыль может взорваться при полном отсутствии метана. При содержании угольной пыли в воздухе метановоздушная смесь становится взрывчатой при количестве метана менее 5%. Если 4 СН нахо- дится в воздухе в количестве 2 %, и пыль содержит летучие горючие веще- ства более 15%, то она взрывается. Опасная концентрация пыли в руднич- ном воздухе: в газовых шахтах – 5 г/м 3 ; в не газовых шахтах – 16-20 г/м 3 Важными фактором, влияющими на климатические условия в выра- ботке, является температура. При температуре воздуха выше +22°С начи- нается снижение работоспособности проходчика. Если принять работоспо- собность при температуре 18—22°С за 100%, то при 26°С она составит 84%, а при 30°С — лишь 60%. Кроме того, у рабочих повышается утомляе- мость и вероятность травмирования. При температуре свыше 26°С принимаются специальные меры по ее снижению. Охлаждение воздуха осуществляется с помощью воздухоохла- дительных приборов, установленных на поверхности шахт. Холодильные машины для кондиционирования воздуха применяются в том случае, когда горные породы и воздух в шахтах имеют повышенную температуру, при которой другие средства не обеспечивают требуемого ох- лаждения воздуха. Контроль состава рудничной атмосферы. При проведении и экс- плуатации выработок систематически контролируется содержание в их ат- мосфере кислорода, углекислого газа, вредных веществ, в том числе пыли, а также скорость воздуха, его температура и влажность, которые не должны превышать предельно-допустимых концентраций и норм. Периодичность контроля. В соответствии с правилами безопасности систематическому контролю подлежат следующие параметры рудничного воздуха: концентрации в рудничном воздухе кислорода, углекислого газа, метана, оксидов углерода и азота; концентрация водорода в зарядных камерах; запыленность воздуха; расход и скорость движения воздуха; относительная влажность воздуха при его температуре более 20°С; температура воздуха. Периодичность контроля воздуха должна составлять: в выработках не газовых шахт I и II категории по газу (табл. 2.10), а также в камерах — не реже одного раза в месяц; в выработках шахт III категории — не реже 2 раз в месяц; в выработках сверхкатегорийных шахт и опасных по внезапным выбросам — не реже 3 раз в месяц. 147 Содержание 4 СН замеряют в шахтах I и II категорий—не менее 2 раз в смену и в шахтах III категории и сверхкатегорийных—не менее 3 раз в смену. Степень покрытия и слеживаемость инертной пыли должны прове- ряться ежесуточно. Таблица 2.10. Разделение шахт на категории Категория шахты Количество 4 СН , выделяющегося на 1 т добычи, м 3 I II III IV, сверхка- тегорийные До 5 От5 до 10 От 10 до 15 Свыше 15 (или шахты, разрабатывающие взры- воопасные пласты) Для получения информации о составе и состоянии рудничной атмо- сферы применяются два метода – химико-аналитический (лабораторный анализ) и экспресс-метод (оперативный анализ). Экспресс-метод позволяет быстро определять содержание газов в за- боях, выработках и камерах непосредственно во время измерения с помо- щью переносных приборов. Химико-аналитический метод основан на отборе проб шахтного воз- духа, взятого в подземной выработке и последующем их анализе в химиче- ской лаборатории. В экспресс-методе применяются два типа газоанализаторов – химиче- ские универсальные газоопределители и интерференционные газоопредели- тели. Действие химических газоопределителей основано на изменении ок- раски реактива в стеклянных ампулах при пропускании через них исследуе- мого воздуха. С помощью таких приборов устанавливают содержание СО, Н 2 S, SO 2 , NO 2 и CO 2. Длина окрашенной части столбика индикаторного ве- щества в ампуле пропорциональна концентрации определяемого газа. Действие интерференционных газоопределителей основано на прин- ципе измерения смещения интерференционной картины в связи с разностью показателей преломления от одного источника лучей света, пропускаемых через чистый воздух и газовоздушную смесь (шахтные интерферометры). С помощью таких приборов определяется концентрация О 2 , CH 4 и CO 2. Для определения содержания водорода используются приборы, дей- ствие которых основано на изменении теплопроводности газовой смеси в зависимости от концентрации в ней H 2. Основным способом определения весовой концентрации пыли явля- ется фильтрация запыленного воздуха через предварительно взвешенный фильтр. В связи с осаждением пыли в фильтре, последний получает привес- ку. Разделив привес пыли на количество просасываемого воздуха, опреде- 148 ляют весовую концентрацию пыли. Для экспресс-метода определения кон- центрации пыли применяется пылемер ФПГ-6, работа которого основана на принципе фотометрического изменения интенсивности луча света, прохо- дящего через запыленный воздух. Скорость движения воздуха в выработках измеряется с помощью приборов, называемых анемометрами. По конструкции анемометры быва- ют крыльчатыми (техническими) с пределами измерения от 0,1 до 10 м/с, чашечными – от 1 до 20 м/с и термоэлектрическим - до 0,5 м/с. Относительная влажность воздуха контролируется с помощью гиг- рометров, гигрографов и психрометров. Нормы на допустимую относитель- ную влажность воздуха в горных выработках в Правилах безопасности не содержатся, однако этот параметр воздуха горных выработок учитывается и влияет на величину максимально допустимой температуры. Измерение температуры производится спиртовыми или ртутными термометрами, а также термографами – приборами для измерения темпера- туры с записью ее значений на ленте в виде графической зависимости от времени. Схемы проветривания шахт |