Вопрос: Опишите основные физико-механические свойства пород. Основными свойствами породы являются: плотность, твердость, вязкость, упругость, пластичность, крепость, слоистость, трещеноватость, влагоемкость, ползучесть, кливаж, разрыхляемость, угол естественного откоса, угол внутреннего трения и др. Плотность — масса единицы объема породы со всеми содержащимися в ее порах жидкостями и газами.Твердость — сопротивление породы внедрению в нее острого инструмента (оказывает большое влияние на процесс разрушения породы режущим инструментом). Вязкость — сопротивляемость породы отделению от массива некоторой ее части.
Упругость — способность проявлять упругие деформации (возвращаться к Пластичность — свойство породы изменять свою форму без разрушения, прежней форме и размерам после прекращения действия сил). Крепость — сопротивляемость механическим воздействиям (характеризуется величиной сил, при которых порода разрушается). Слоистость — наличие в породах слоев, мало или совершенно не связанных между собой.
Трещиноватость — наличие в породе трещин, возникших при тектонических процессах или в результате ведения горных работ. По слоям и трещинам порода более легко отделяется от массива, следовательно, вынимать такие породы легче, но устойчивость их меньше и они создают большее горное давление. Влагоемкость — свойство породы поглощать и удерживать воду. Ползучесть — непрерывное во времени развитие деформаций в породах при постоянной нагрузке.Кливаж — делимость породы по системе мелких субпараллельных плоскостей тектонического происхождения.
Кливаж ослабляет породу, облегчает выемку ее, но усложняет управление горным давлением. Разрыхляемость — свойство породы увеличиваться в объеме при добыче по сравнению с объемом ее в массиве.Характеризуется разрыхляемость коэффициентом разрыхления. Кр=Vр/Vм, где VР — объем разрыхленной породы, м3; Vм — объем той же породы в массиве, м3. Коэффициент разрыхления зависит от состава, строения, крепости, кусковатости породы, он равен 1,1—2,2. Угол естественного откоса — наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанной горной массы в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью.
Он зависит от кусковатости и форм частиц породы, шероховатости их поверхности, а также от плотности и влажности породы.Величина угла естественного откоса равна 10—12° для торфа, песка и 40—50° для мокрого суглинка, глины, угля. Угол внутреннего трения — угол, тангенс которого равен коэффициенту внутреннего трения сыпучей породы или коэффициенту крепости породы в массиве по шкале проф. М. М. Протодьяконова.
Вопрос: Что такое горная крепь, и какие требования к ней предъявляются? Горная крепь — искусственные сооружения, возводимые в горных выработках для предотвращения обрушения и пучения окружающих пород, сохранения необходимых размеров и рабочего состояния выработок.Крепь горных выработок должна удовлетворять следующим основным техническим и экономическим требованиям: быть достаточно прочной, надежной и долговечной в работе (поддерживать выработку в рабочем и безопасном состоянии в течение всего срока службы), не загромождать выработку; по площади должна занимать в выработке как можно меньше места, не мешать выполнению производственных процессов, оказывать минимальное сопротивление движению воздуха; обеспечивать возможность механизации возведения крепи и изготовления ее элементов; быть транспортабельной, нетрудоемкой при возведении и ремонте, предусматривать возможность ее максимального извлечения из погашаемых выработок и дальнейшего повторного использования; конструкция и материал должны соответствовать сроку службы выработки, а сумма материальных я трудовых затрат на изготовление, возведение, эксплуатацию и ремонт в течение срока службы выработки должны быть минимальными. В отдельных случаях крепь должна быть огнестойкой, морозостойкой, водо- или газонепроницаемой, сейсмостойкой.
Всем этим требованиям одновременно не удовлетворяет ни одна конструкция горной крепи, поэтому при выборе ее необходимо учитывать конкретные горно-геологические условия.
Горную крепь классифицируют по следующим признакам: По расположению выработок в пространстве—на крепь горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок; по роду выработок — на крепь капитальных, подготовительных и очистных выработок; по основному материалу — на деревянную, металлическую, каменную, бетонную, железобетонную и смешанную; по сроку службы — на временную и постоянную; по конструкции — на рамную, сплошную, штанговую и комбинированную; по типу или характеру взаимодействия с боковыми породами — на жесткую, шарнирную, податливую; по форме поперечного сечения выработок — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, сводчатую, арочную, кольцевую, эллиптическую и др.; по местоположению на трассе выработки — на крепь протяженных участков, выходов на поверхность (устьев стволов и штолен), сопряжений и пересечений; по условиям работы — на обычную и специальную.
Вопрос: Формы и размеры поперечного сечения горных выработок.
Привести рисунки Форма поперечного сечения горной выработки зависит от назначения и срока службы, свойств пересекаемых ею пород, величины и направления горного давления, материала и конструкции крепи, способа ее проведения и др. В угольной промышленности горизонтальные и наклонные горные выработки проводят прямоугольной (рис. 5,а), трапециевидной (рис. 5,б), арочной (рис. 5,в, г), сводчатой (рис. 5 д, е), подковообразной с обратным сводом (рис. 5,ж} и без него (рис. 5,з), круглой и других форм. При небольшом горном давлении форму поперечного сечения выработки принимают прямоугольного очертания, при большом — криволинейного, а при всестороннем — круглого.
Закругление углов приводит к уменьшению концентраций напряжений и деформаций в породах, окружающих выработку.
Размеры (высота, ширина) и площадь поперечного сечения горной выработки зависят от ее назначения, габаритов размещаемого в выработке оборудования или транспортных средств (электровозы, вагонетки, конвейеры и др.), числа рельсовых путей, способа перемещения людей по выработке, зазоров, предусмотренных Правилами безопасности и допустимой скорости движения воздуха по выработке.
В выработке различают площадь сечения в свету (площадь по внутреннему контуру крепи и почве выработки), вчерне (площадь по наружному контуру крепи, включая затяжку, и почве выработки), в проходке (площадь по контуру пород, которую принимают на 3—5% больше площади вчерне), э также размеры выработки до осадки и после осадки крепи.
Согласно Правилам безопасности минимальные площади поперечных сечений горных выработок в свету должны составлять; для главных выработок (квершлагов, штреков, капитальных и панельных бремсбергов, уклонов) не менее 4,5 м2 при рамной деревянной металлической, железобетонной и смешанной крепи и не менее 4 м2 при монолитной каменной, бетонной, железобетонной и тюбинговой крепи при высоте не менее 1,9 м от головки рельсов; для участковых выработок (вентиляционных, промежуточных и конвейерных штреков, людских ходков, участковых бремсбергов и уклонов) не менее 3,7 м2 при высоте не менее1,8м; для печей, просеков - не менее1,5 м2 . Для выбора необходимого типового поперечного сечения выработки, необходимо определить ее ширину (В) на уровне верхней кромки подвижного состава по формуле: В=m+kА+p+n Где m- зазор между крепью и подвижным составом, k-число рельсовых путей, А –ширина подвижного состава, p –зазор между составами, n –свободный проход для людей (в метрах). Правила безопасности предусматривают с одной стороны зазор между крепью и подвижным составом не менее 0,25 м на уровне подвижного состава при рамных конструкциях (деревянной, металлической и сборной железобетонной) крепей и не менее 0,2 м при сплошных конструкциях (бетонной, железобетонной и тюбинговой) крепей; с другой стороны для свободного прохода людей в горной выработке не менее 0,7 м на высоте не менее 1,8 м от почвы (тротуара). В двухпутных выработках зазор между составами должен быть не менее 0,2 м, при конвейерном транспорте ширина прохода для людей не менее 0,7 м, а зазор с другой стороны не менее 0,4 м. Правилами безопасности установлены и другие минимально допустимые размеры выработок по ширине и высоте.
Для сохранения требуемых зазоров в течение всего срока службы выработки размеры ее сечения при проведении пластовых выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, рекомендуется принимать с запасом (вертикальная податливость до 50—60% мощности пласта и горизонтальная — 0,23— 0,29 м на высоте 1,8 м от почвы выработки). Вопрос: Способы и схемы проветривания подготовительных выработок, условия их применения, достоинства и недостатки После взрывания зарядов ВВ прнзабойная часть выработки заполняется газообразными продуктами взрыва.
Поэтому для создания нормальных санитарных и безопасных условий труда проходчикам необходимо выработку проветрить, чтобы воздух в забое содержал не менее 20% кислорода по объему и не более 0,5% углекислого газа. Температура воздуха не должна превышать 26 "С при относительной влажности до 90%. Средняя скорость движения воздуха должна быть ее менее 0,25 м/с. Разжижение продуктов взрыва и удаление их из забоя должны происходить не более чем за 30 мин после взрывания зарядов ВВ. Квершлаги и полевые штреки проводят как одиночные выработки с тупиковыми забоями, которые проветривают вентиляторами местного проветривания.
По виду применяемой энергии их делят на электрические и пневматические, а по принципу работы — на осевые и центробежные.
На угольных шахтах в основном применяют осевые вентиляторы ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ 8М, ВМ-12М с электрическим приводом и вентиляторы ВМ.П-4, ВМП-5М, ВМ.П-6М с пневматическим -приводом, когда правила безопасности запрещают применение электроэнергии.
Реже применяют центробежные вентиляторы ВЦ-7, ВЦП-16 для проветривания выработок протяженностью свыше 1,5—2 км при высоком газовыделенни.
Одиночные горные выработки с тупиковыми забоями проветривают вентиляторами местного проветривания по трем схемам: нагнетательной, всасывающей и комбинированной.
На угольных шахтах, опасных по газу или пыли, применяют нагнетательную схему проветривания (рис, 56), которая наиболее проста, экономична и безопасна. Вентилятор устанавливают на почве или подвешивают к крепи на свежей струе на расстоянии не менее 10 м от места выхода продуктов взрыва.Свежий воздух по трубам, проложенным по выработке, подается в забой, а отработанный — удаляется по всей выработке.
По мере проведения выработки трубопровод наращивают. Отставание вентиляционных труб от забоя не должно превышать 8 м в газовых шахтах и 12 м в негазовых. Всасывающую и комбинированную схемы проветривания применяют на негазовых шахтах. Достоинством нагнетательного способа является – подача взабой деятельной струи воздуха, небольшая масса вент. труб, сравнительно легкий их монтаж.Существенным недостатком является удаление газа и пыли непосредственно по выработке, где работают люди, машины и механизмы.
При использовании всасывающего способа по всей длинне выработки создается чистая воздушная среда. Вентиляционные трубы применяют матерчатые (прорезиненные), текстовинитовые, пластикатные, капроновые и металлические.Более 90% всех вентиляционных трубопроводов местного проветривания выполняют в виде гибких вентиляционных труб диаметром 400; 500 и 600 мм, длиной звеньев 5; 10 и 20 м. Они имеют небольшую массу, транспортабельны, быстро устанавливаются и соединяются с помощью пружинящих колец.
Текстовинитовые трубы изготавливают диаметром 500—900 мм, длиной 5 и 10 м. Металлические трубы из .листовой стали выпускают диаметром 300—800 мм .звеньями по 3 м. Соединяют трубы с помощью фланцев болтами.При большой длине трубопроводов для уменьшения утечек воздуха в трубах размещают полиэтиленовые рукава После проветривания выработки лицо тех. надзора измеряет содержание метана и дает разрешение рабочим на продолжение работы.
Нагнетательный (а,г,д), всасывающий (б), способы вентиляции тупиковых выработок при использовании одного (а,б) и нескольких (в,г,д) вентиляторов местного проветривания: 1-нагнетательные вентиляторы; 2-нагнетательный трубопровод; 3-всасывающие вентиляторы; 4-всасывающие трубопроводы. Вопрос: Какие существуют способы проведения камер и какие материалы применяют для их крепления? Камеры — это горные выработки, имеющие небольшую длину по сравнению с ее поперечным сечением.
Они предназначены для размещения оборудования (лебедочная, насосная, трансформаторная, вентиляторная и др.). материалов и инвентаря (для запасных частей, противопожарная), Для санитарных и других целей (медицинский пункт, диспетчерская, камера ожидания). Выбор схемы проведения камер зависит от устойчивости пород и размеров их поперечного сечения.Проведение камер по углю с подрывкой породы Лебедочные, трансформаторные и другие камеры проводят в основном смешанными забоями.
В этом случае вначале вынимают уголь на всю длину и ширину камеры с возведением временной крепи (рис.а). Затем подрывают породу почвы (заходки I, II) и устанавливают временную крепь большей длины. Далее подрывают породы кровли в обратном порядке. (заходки Ш, IV), придавая камере необходимую форму, и устанавливают временную крепь. Выемку угля и подрывку породы осуществляют с помощью буровзрывных работ. Породу грузят погрузочными машинами.Постоянную крепь в неустойчивых породах возводят вслед за подрывкой пород кровли, а в устойчивых — после выемки всей породы. В качестве постоянной крепи применяют бетон, сборный железобетон, а также смешанные и металлические рамы и арки с металлической или железобетонной затяжкой.
При неустойчивых породах и на больших глубинах в бетоне оставляют металлические арки временной крепи. Иногда крепь усиливают анкерной крепью с металлической сеткой.При проведении камеры большей длины ее проводят тремя уступами: угольный забой, породный забой по почве и породный по кровле.
Угольный забой опережает породный на 2-3 метра. Организация работ в этом случае такая же, как и при проведении пластовых штреков. Проведение камер по породе Камеры площадью сечения до 20 м2 проводят сплошным забоем (аналогично проведению квершлагов), а более 20 м2 — сложным забоем.В крепких устойчивых породах при арочной форме поперечного сечения камеры проводят с разделением на два горизонтальных уступа (рис.6). Верхний уступ составляет 35—40% поперечного сечения камеры, а нижний — 65—60%, чем достигается равномерное их подвигание.
Верхний уступ опережает забой нижнего на расстояние до 5 м, что позволяет вести работы в обоих уступах одновременно. Выемку породы производят буровзрывным способом. Породу грузят погрузочными машинами. После этого возводят постоянную крепь.Камеры прямоугольного поперечного сечения, у которых ширина значительно больше высоты, проводят вертикальными уступами (рис в). Работы в обоих уступах проводят также одновременно.
Породу грузят последовательно в каждом уступе одной погрузочной машиной, которая перемещается по двум рельсовым путям, соединенным между собой стрелочным переводом. После погрузки породы устанавливают временную крепь.Постоянную крепь возводят с отставанием от забоя. В мягких неустойчивых породах камеры проводят независимыми забоями с временным оставлением целика породы в середине сечения камеры (рис.г). Работы начинают с выемки породы в сводчатой части, которую крепят временной арочной крепью.
С отставанием на 2—3 м от забоя вынимают породу в двух боковых выработках с установкой под арки металлических стоек. Под защитой временной металлической крепи ведут выемку целика и возводят постоянную крепь. Временную крепь, как правило, не извлекают. Проведение камер оценивают объемом готовой выработки в свету в кубических метрах. Нормативы проведения камер на один забой в месяц составляют 200— 250 м3 в свету.Передовые проходческие бригады на отдельных шахтах Донбасса проводят камеры со скоростью 500—600 м3 в свету и более на один забой в месяц.
Вопрос: Цель углубки действующих вертикальных стволов. Какие существуют схемы углубки стволов? Подготовка новых горизонтов на шахтах вызывает необходимость в углубке действующих вертикальных стволов, которая может быть выполнена сверху вниз и снизу вверх.Углубку сверху вниз в мягких породах производят с устройством в стволе под зумпфом предохранительного полка, в крепких породах—с оставлением предохранительного целика высотой до 8 м (рис.). При оставлении целика в нем проводят гезенк для прохода бадьи, пропуска труб и устройства лестничного отделения.
Подъемную машину устанавливают обычно в специальной камере на углубочном горизонте. Приемную площадку для разгрузки бадей устраивают на высоте до 3 м от уровня околоствольного двора. Бадьи разгружают в шахтные вагонетки, которые выдаются на поверхность по действующему стволу.Углубка ствола снизу вверх заключается в том, что в пределах проектного контура поперечного сечения ствола с нового рабочего горизонта проводят снизу вверх сначала гезенк прямоугольной формы поперечного сечения и небольшой площади, а затем его расширяют по последовательной или совмещенной технологической схеме сверху вниз. Схемы углубки ствола с устройством предохранительного полка (а) и с оставлением предохранительного целика (б); 1-бадьи; 2-предохранительный полок; 3-перекачной насос; 4-рабочие полки; 5-бетонопровод; 6-подвесной полок; 7-погрузочная машина; 8-опалубка; 9-подъемная машина; 10-бурильная установка; 11-предохранительный целик; 12,13,14,15-лебедки.
Список используемой литературы: 1. Васюков Ю.Ф. Горное дело М.: Недра, 1990. 2. Заплавский Г.А Лесных В.А. Технология подготовительных и очистных работ. –М.: Недра, 1986. 3. Правила безопасности 4. Ковальчук А.Б. Горное дело – М.: Недра, 1991.