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 — наобычную 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:
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 выработкахс 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);
