Проектирование второго основного периода строительства горного предприятия

Проектирование второго основного периода строительства горного предприятия

• Проектирование строительства околоствольного двора.
• Стадии строительства околоствольного двора.
• Проектирование проходки камер
• Проектирование строительства горизонтальных и наклонных горных выработок
• Укрупненный метод проектирования технологий проведения горных выработок

Проектирование строительства околоствольного двора

Строительство околоствольного двора включает комплекс работ, связанных со строительством протяженных выработок, сопряже­ний, камер и монтажа технологического оборудования. Продол­жительность и другие показатели строительства околоствольного двора определяются технологией и сроками проведения отдельных выработок, а также порядком и фронтом развития проходческих и монтажных работ.

В ПОС технологию проведения отдельных выработок иногда не разрабатывают, а сроки их сдачи определяют по установленным нормативам, на основе которых составляют календарный план и график, устанавливающие порядок строительства выработок и чи­сло одновременно действующих забоев, потребность в материаль­но-технических ресурсах с распределением по годам (месяцам) строительства, а также сроки поставки технологического оборудо­вания. Если учесть, что некоторые выработки околоствольного дво­ра попадают в цепь главного направления, то разработка техноло­гии и расчетное обоснование сроков их сооружения имеют суще­ственное значение в ПОС. Кроме того, необходимо учитывать, что своевременный ввод в эксплуатацию ряда комплексов околостволь­ного двора (комплекс водоотлива, электроподстанция, гараж-за­рядная, склад BМ, комплекс загрузочного устройства породного скипового подъема) оказывает существенное влияние на срок на­чала и объем максимального разворота по строительству предприятия.

Выработки околоствольного двора в цепи главного направле­ния, а также перечисленные комплексы являются первоочередными объектами для разработки ППР.

К исходным данным при проектировании строительства около­ствольного двора относятся: чертеж плана околоствольного двора со всеми размерами, разрезами и сечениями выработок; объемы работ по конструктивным элементам с указанием пикетов (пунк­тов обмера); данные по пропускной способности околоствольного двора и основному технологическому оборудованию; производи­тельность постоянных средств транспорта; геологический разрез пород в пределах околоствольного двора: заданные или норма­тивные (оптимальные) скорости проведения выработок главного направления и сроки готовности основных комплексов около­ствольного двора к максимальному развороту работ согласно раз­работанной технологической схеме строительства шахты или руд­ника.

Проектирование строительства околоствольного двора ведут в следующем порядке

1. Устанавливают скорости строительства выработок около­ствольного двора на основе детальной разработки технологии их проведения по процессам с выбором и обоснованием проходче­ского оборудования. Месячные нормативы устанавливаются в за­висимости от конструктивной сложности выработки, характеристи­ки трудоемких процессов. Нормативную скорость проведения про­тяженных выработок принимают до 1000 м³/мес в свету, скорость на главном направлении устанавливают 600 м³/мес , в остальных случаях - 500 м³/мес.

Месячные нормативы и расчет скоростей проведения выработок необходимо увязывать с характери­стикой пересекаемых пород, для чего на план околоствольного дво­ра наносят геологический разрез.

2. Порядок проведения от­дельных выработок на календарном плане устанавливают по их значимости в обеспечении максимального развития работ по стро­ительству предприятия. В первую очередь планируют проведение выработок в цепи главного направления на выход к пластам угля. Обычно в эту цепь входят грузовая и порожняковая части ветви вспомогательного ствола, затем главная откаточная выработка в пределах околоствольного двора.

Круговой околоствольный двор шахты 

1 — скиповой ствол; 2 — клетевой ствол; 3 — угольная погрузочная яма; 4 — породная погрузочная яма; 5 — камера ожидания; 6 -— камера медпункта; 7— камера центральной электроподстанции; 8 — камера главного водоотлива; 9 — трубный ходок; 10 — водосборник; 11 — камера осветляющих резервуаров; 12 — камера обезвоживающей установки; 13 — депо противопожарного поезда; 14— гараж-зарядная; 15 — ремонтная мастерская; 16 — камера выпрямительной подстанции; 17 — склад ВМ; 18 — путь для стоянки пассажирских составов; 19 — санузел

Типы околоствольных дворов

а, б— круговой соответственно перпендикулярный и параллельный;в— петлевой 

Забой

Забои на главном направлении комплектуют лучшими проход­ческими бригадами

Каждая проходческая бригада в местах пересечения или сопряжения выработок обязана делать засечки ответвлений выработок на длину не менее3 ми укладывать в этом месте стрелочные переводы, что должно учитываться при составлении плана. На главном направлении с целью сокращения срока строительства сложные узлы и пересечения оставляют на прочной временной крепи. Постоянную крепь возводят бригады второстепенного на­правления, которые подходят к этим узлам другими забоями или начинают от них проведение примыкающих выработок.

Как только позволит развитие фронта работ на главном на­правлении, вводят в число действующих встречные забои на глав­ной откаточной магистрали. Ставится задача образовать замкну­тое кольцо выработок, примыкающих к вспомогательному стволу, для организации круговой откачки грузов и более эффективного использования электровозов. Одновременно вводят в работу забои для проведения основных комплексов околоствольного двора: ка­меры водоотливной установки и электроподстанции, камеры гара­жа и зарядки электровозов, комплекс выработок ветви породного скипового подъема и склада ВМ. Быстрейший ввод в эксплуатацию выработок скиповой породной ветви околоствольного двора пре­следует две цели - направить струю воздуха между стволами че­рез сеть постоянных выработок и перекрыть временную вентиля­ционную сбойку, что позволит расширить фронт установки венти­ляторов местного проветривания; подготовить комплекс камер и технологического оборудования скипового породного подъема к началу поступления максимального грузопотока горной массы при развороте работ в пределах шахтного поля. Очередность про­ведения остальных выработок устанавливают из условия равномер­ного разворота работ до максимального числа забоев.

Стадии строительства околоствольного двора

Следует различать две стадии строительства околоствольного двора: I - число забоев максимальное, но кольцо выработок, при­мыкающих к вспомогательному стволу, еще не замкнуто;  II - кольцо выработок, примыкающих к вспомогательному стволу, замкнуто, организована круговая откатка грузов, временная вен­тиляционная сбойка перекрыта, число действующих забоев макси­мальное.

3. Производят проверочные расчеты при максимальном числе одновременно действующих забоев на I и II стадиях сооружения околоствольного двора по производительности подъема и горизон­тального транспорта, по вентиляции, электроснабжению и материально- техническому обеспечению.

Исходными данными к проверочному расчету электровозной откатки при сооружении околоствольного двора являются: кален­дарный план с указанием забоев при их максимальном числе на I и II стадиях; длины откаточных участков и максимальный грузо­поток (т/ч) из каждого забоя; схемы расположения и профиля путей с указанием пунктов погрузки или составления поездов; тип и вместимость вагонетки, категория шахты по газу.

Для организации четкой работы транспорта и определения ми­нимальной. продолжительности t_р._ср строят график движения элек­тровозов, представляющий собой план согласованной работы во времени и в пространстве. Большое значение имеет организация работы транспорта по графику при одновременной работе макси­мального числа забоев.

В тех случаях, когда проходческие забои обслуживаются несколькими электровозами, составляют сначала графики работы по каждому откаточному участку, а затем на их основе - общешахтный.

При строительстве околоствольного двора, в связи с неслож­ной схемой откатки и небольшим числом обращающихся поездов, работа электровозов может быть спланирована более упрощенно, например, в виде плана почасовой подачи порожняка. Для этого в таблицу заносят пункты подачи порожняка, сменный грузопоток, продолжительность рейса, число порожних вагонеток, подаваемых определенным электровозом в течение каждого часа.

На I стадии строительства околоствольного двора обмен соста­вов у вспомогательного ствола производят с обеих сторон ствола. В этом случае расчет транспорта должен исходить из часового гру­зопотока с одной стороны и с другой стороны ствола. На этой стадии транспортные средства работают независимо друг от друга, а поэтому использование их во времени недостаточное.

Во II стадии строительства околоствольного двора транспорт рассчитывают исходя из общего грузопотока. Откатка грузов осуществляется одними и теми же электровозами, а сменная про­изводительность всех проходческих бригад при налаженном транс­порте определяется производительностью подъема.

Проектирование проходки камеры

Содержание проекта строительства камеры и порядок его разработки те же, что и при сооружении горизонтальной или наклонной выработки, тем более, если камеру проводят полным се­чением. Показатели проекта по сооружению камеры рассчитывают на 1 м³ камеры в свету.

По формуле определяют продолжительность строительст­ва камеры. При этом технологической частью, обеспечивающей монтаж проходческого оборудования и начало нормальной работы по проведению камеры, могут быть: часть камеры; выработка, пройденная в пределах поперечного сечения камеры; временная или постоянная выработка, примыкающая к камере.

Порядок проектирования строительства и проходки камеры предусматривает первым пунктом выбор технологии, технологиче­ской схемы проходки камеры и проходческого оборудования забоя. Если учесть, что камеры стремятся располагать в прочных, устойчивых горных породах, то технологию, как правило, применяют буровзрывную.

При выборе технологической схемы проходки камеры учитыва­ют: устойчивость горных пород; размеры поперечного сечения; воз­можность и целесообразность проведения транспортных вырабо­ток; применяемое проходческое оборудование в забое. При этом следует учесть требования, предъявляемые к самой схеме.

Схемы проходки камер площадью поперечного сечения более 20 м² можно объединить в три группы:

I - полным сечением; II - слоями (сверху вниз или снизу вверх); III - комплексом независимых забоев или выработок.

Проходку камер полным сечением (I группа) применяют в ус­тойчивых породах, позволяющих обнажить забой сразу по всей площади поперечного сечения. Указать точно область применения той или иной схемы проведения по критериям устойчивости обна­жений (размеры выработки, прочность, коэффициент крепости по­род и др.) не представляется возможным. Некоторые породы с ма­лым коэффициентом крепости (каменная соль, углистые сланцы и др.) допускают большие обнажения вследствие их вязкости и плотности.

Например, при разработке каменной соли образуются камеры площадью поперечного сечения до 600 м² и длиной более1,5 км, не требующие крепления. Наряду с этим, в крепких и даже очень крепких породах обнажения могут быть неустойчивыми вви­ду значительной трещиноватости и неплотности всего массива, что может привести к вывалам отдельных кусков или обрушениям пород в больших объемах. Поэтому устойчивость обнажений мож­но характеризовать только комплексом физико-механических свойств пород.

Схемы проходки камер полным сечением, по сравнению со схе­мами II и III групп, менее сложны и обеспечивают более высокие технико-экономические показатели. Наибольшей простотой отли­чается схема проходки сплошным (отвесным) забоем. Однако и в этом варианте с увеличением высоты камеры возникают труд­ности при бурении шпуров, оборке забоя и возведении крепи. При­менение громоздких передвижных подрештовок и буровых рам при малой длине камеры нецелесообразно, а устройства сборно-раз­борной падрештовки требует значительной дополнительной затра­ты времени и труда. Поэтому при проходке камер высотой более 5-6 ми длиной менее 50-60 мзабою придают потолкоуступную или почвоуступную форму. Высоту и опережение уступов выбира­ют из условия минимальной трудоемкости работ по зачистке усту­пов от взорванной породы и обеспечению безопасности труда в забое.

Схемы проходки камер слоями (II группа) применяются в по­родах средней устойчивости при больших размерах камер. Преи­мущественное применение имеет схема проходки камер слоями сверху вниз. Проходка и крепление верхнего слоя по сводчатой части камеры обеспечивают высокую безопасность работ в ниж­них слоях. Применение схемы ограничивается в основном технико-экономической целесообразностью проведения временной транс­портной выработки в сводчатую часть камеры.

Возможны варианты проходки верхнего слоя камеры сразу на полное сечение или с предварительным проведением по своду вы­работки малого сечения. Второй вариант применяют при значи­тельной длине камеры для предварительной разведки пород на устойчивость и выбросоопасность, а также для улучшения провет­ривания и образования запасного выхода.

Проходку нижней части камеры под прикрытием постоянной крепи свода осуществляют горизонтальными слоями, вертикаль­ными уступами или сплошным забоем.

Схемы проходки камер комплексом независимых забоев или вы­работок (III группа) применяют в слабых и малоустойчивых по­родах. Число независимых забоев или отдельных выработок, проводимых предварительно на всю длину камеры, находится в обрат­ной зависимости от устойчивости пород и в прямой - от попереч­ных размеров камеры. Все сводится к тому, чтобы одновременно обнажаемый забой с уменьшением устойчивости пород имело, возможно, малое сечение. При этом увеличивается число таких забо­ев, усложняется схема проходки камеры, увеличиваются продол­жительность и стоимость ее сооружения, однако повышаются на­дежность и безопасность работ.

Укрупненный метод проектирования технологии проведения и строительства горной выработки

Потребность в материально-технических ресурсах определяют в ПОС по нормативам, а в ППР - прямым счетом по выработ­кам, на которые делают детальный расчет технологии проходки, а по остальным - на основе нормативов.

В соответствии с календарным или сетевым графиком потреб­ности в материально-технических ресурсах на каждый забой сво­дят по месяцам, соблюдая равномерный рост потребности по мере развития работ в околоствольном дворе и постепенный перевод бригад и ресурсов на забои подготовительных выработок по мере завершения этих работ.

Проектирование строительства горизонтальных и наклонных выработок

Строительство любой горизонтальной или наклонной горной выра­ботки включает комплекс работ, обеспечивающих готовность выра­ботки к сдаче в эксплуатацию. Проведение выработки составляет основной элемент ее строительства. Сумма различных затраченных величин по расходу времени на строительство, вычисляется различными формулами в зависимоти от заданных параметров подсчета.

• Продолжительность строительства выработки
• Время на проведение технологической части выработки и установку проходческого оборудования
• Самым продолжительным элементом проведения выработки является  - проведение ее основной части

В состав подготовительных работ должны входить:

• прокладка к забою линии снабжения электроэнергией или сжатым воздухом
• связи оснащения и водоснабжения для орошения
• оборудование подземного транспорта
• устройство водоотвода или водоотлива
• установка вентилятора частичного проветривания и прокладка вен­тиляционного трубопровода
• устройство заслонов инертной пыли

Проведение других мероприятий в соответствии с действующи­ми нормативными документами, подготовка к работе проходческого оборудования в забое, заготовка элементов временной и постоянной крепи. Специфика подготовительных работ при проведении наклонной горной выра­ботки относится в основном к оборудованию подземного транспор­та лебедками или конвейерами. Обычно в практике t_п=0,5-1 мес. При использовании для проведения наклонных выработок посто­янных лебедок t_п может достигать 2 мес., и определяется расче­том.

К заключительным работам относятся: демонтаж проходческо­го оборудования и подготовка выработки к сдаче в эксплуатацию (перестилка и балластировка рельсового пути, установка конвей­ерной линии, ремонт крепи и побелка). В среднем t_з=0,5-1,5 мес.

Способ проведения выработки, применяемое в забое оборудо­вание, горно-геологические и горнотехнические условия в значи­тельной мере предопределяют объем и продолжительность подго­товительных и заключительных работ. В свою очередь, величина этих дополнительных затрат времени, отнесенная на единицу (м или м³) выработки, зависит от длины или объема выработки.

К основным исходным данным при проектировании строитель­ства горизонтальной или наклонной выработки относятся: ситуа­ционный план расположения проектируемой выработки со всеми примыкающими и в первую очередь магистральными выработка­ми, который позволяет запроектировать транспорт, вентиляцию, водоотлив, энергоснабжение, связь и мероприятия по безопасному ведению работ; геологические, гидрогеологические и физико-меха­нические данные о пересекаемых породах; техническая характери­стика выработки (поперечные размеры и сечение выработки в све­ту и в проходке) ; длина выработки; объемы работ по конструктив­ным элементам; расположение оборудования в сечении выра­ботки на период эксплуатации; материал, тип и размеры кре­пи; характеристика постоянного транспортного оборудования R выработке; заданная скорость сооружения или проведения выра­ботки.

Порядок проектирования сооружений горизонтальной или наклонной выработки

Порядок проектирования сооружения горизонтальной или на­клонной выработки предусматривает, прежде всего, разработку про­екта проведения ее основной, а затем технологической части и за­вершается построением сводного графика, учитывающего весь ком­плекс подготовительных, основных и заключительных работ.

Технологию выемки горных пород при проведении выработок выбирают в зависимости от крепости пересекаемых пород и харак­теристики применяемого оборудования.

Погрузочные машины и проходческие комбайны следует приме­нять в комплексе с удлиненными перегружателями или забойны­ми конвейерами, обеспечивающими загрузку состава вагонеток без расцепки.

При загрузке составов вагонеток по частям обмен вагонеток на разминовке и под погрузкой должен быть механизирован. Проход­ческие комбайны, комплексы оборудования и машины для меха­низации отдельных работ в забое выработки выбирают в зависи­мости от заданной скорости проведения, крепости и способа вы­емки пород, размеров поперечного сечения и длины выработки. Для проведения горизонтальных и наклонных выработок по углю и слабым породам с коэффициентом крепости f≤4 подбираются проходческие комбайны.

При буровзрывном способе выемки породы и длине горизон­тальных и наклонных выработок свыше 150-200 мрекомендуется применение комплексов проходческого оборудования.

Объем комбайнового проведения горных выработок на угольных шахтах Карагандинского бассейна доведен до 100% при одновременном повышении месячной скорости и производительности труда про­ходчиков.

Технологическая схема комбайнового про­ведения выработки, в которой применены предохранительный при­забойный щит, телескопический монорельс для доставки и уста­новки крепи и телескопический вентиляционный трубопровод.

Призабойный предохранительный щит изготавливают из листо­вой стали толщиною 5 ммс ребрами жесткости (продольными и поперечными). Щит опирается на четыре гидростойки, закреплен­ных на опорных устройствах комбайна. При работе исполнитель­ного органа комбайна щит распирается между кровлей и почвой, предохраняя рабочих от возможного падения кусков породы, а так­же обеспечивая надежную опору комбайна при разрушении забоя.

Во время передвижения комбайна на новую заходку щит слег­ка опускается, а нижние опоры приподнимаются. Эти перемещения вводятся в программу автоматизированного управления комбай­нам. На щите подвешиваются рулоны затяжки кровли из стекло­ткани или из металлической сетки. Таким образом, комбайн пере­мещает (растягивает) конвейер, монорельс, вентиляционную тру­бу, распорную раму крепи и затяжку. Установка трехшарнирной арки: ножки арки фиксируются на нужном расстоянии установ­кой распорного бруса на почве, после чего замок арки подтягива­ется назад до упора с верхней соединительной планкой между арками. Арка устанавливается под щитам, а затем расклинивается в кровле и боках.

Применение щита, трехшарнирной арки, телескопических кон­вейера, монорельса и вентиляционного трубопровода обеспечивает почти непрерывную работу комбайна, а следовательно, увеличение средней скорости проведения в 4-5 раз и производительности труда в 3-4 раза.

В настоящее время достигнута высокая степень механизации возведения бетонной крепи способом опалубочного и безопалубоч­ного бетонирования.

При опалубочном бетонировании рекомендуется применение передвижных и сборно-разборных инвентарных опалубок в ком­плексе с пневмобетоноукладчиками бетонной смеси.

Большую перспективу имеет безопалубочное крепление горных вырабаток способом набрызга бетонной смеси. Перспектива разви­тия этого способа относится к подбору высокопрочных бетонов и других материалов, способных достаточно быстро схватываться и твердеть, и к полной механизации и даже автоматизации работ па возведению крепи-оболочки горной выработки. В комбинации с ан­керной или арочной металлической крепью и затяжкой из стальной сетки с последующим набрызгом бетонной смеси может быть достигнута достаточно высокая несущая способность крепи.

Графическая часть ППР по строительству горизонтальной или наклонной выработки включает следующие чертежи: выкопировка из плана горных работ места расположения проектируемой и примыкающей к ней выработок с указанием транспортных и других коммуникаций, а также вентиляции и количества проходящего по выработкам воздуха; поперечное сечение выработки в эксплуатации с размещением транспортного оборудования со всеми размерами; продольный разрез, план и поперечные разрезы в наиболее характерных сечениях с размещением проходческого оборудо­вания и необходимыми размерами; паспорт буровзрывных работ, включающий схему расположения шпуров в трех проекциях; спецификация проходческого оборудования в забое; график организации работ в забое и график выходов проходчиков; таблица технико-экономических показателей проведения горной выработки.

Данный метод не требует детализированных расчетов по процес­сам проходческого цикла и выполняется в следующем порядке.

1. Выбирают схему строительства горной выработки.

2. Проектируют строительство выработки с разделением ра­бот на ряд основных этапов и фаз в зависимости от конструкции выработки, крепости пород, технологии проходки и применяемо­го оборудования. Например, первый этап сооружения технологи­ческой части - проходка устья. Он подразделяется на ряд фаз: I фаза- строительство воротника (оголовка) устья; II фаза - проходка и крепление устья в наносах; III фаза - заглубление устья в коренные породы и устройство опорного башмака. Раз­деление на фазы связывают с возможными технологическими пе­рерывами, вызванными монтажом оборудования, выполнением работ по специальным способам проходки и т. п.

Данный метод не требует детализированных расчетов по процес­сам проходческого цикла и выполняется в следующем порядке.

1. Выбирают схему строительства горной выработки.

2. Проектируют строительство выработки с разделением ра­бот на ряд основных этапов и фаз в зависимости от конструкции выработки, крепости пород, технологии проходки и применяемо­го оборудования. Например, первый этап сооружения технологи­ческой части - проходка устья. Он подразделяется на ряд фаз: I фаза- строительство воротника (оголовка) устья; II фаза - проходка и крепление устья в наносах; III фаза - заглубление устья в коренные породы и устройство опорного башмака. Раз­деление на фазы связывают с возможными технологическими пе­рерывами, вызванными монтажом оборудования, выполнением работ по специальным способам проходки и т. п. Фазы проходки подразделяют на однородные работы, позво­ляющие применить к ним определенную норму выработки.

3. Определяют суммарные объемы однородных видов работ по каждой фазе. Некоторые объемы работ определяют на основе нормативов, например, по бурению шпуров на основе площади забоя на один шпур в зависимости от сечения, крепости пород и характеристики ВВ.

4. Подбирают состав бригады. Определяют трудоемкость ра­бот (в человеко-сменах) и подсчитывают затраты времени на выполнение отдельных фаз проходки устья и всей технологической части ствола. Состав бригады подбирается обычно из расчета 4,5 м2 забоя ствола или устья на одного проходчика, а в горизонтальных и на­клонных выработках - 1,5-2,5 м2 К нормам выработки учитываются поправочные коэффициен­ты на горнотехнические условия и коэффициент перевыполнения норм k=1,03-1,04. Время, затрачиваемое на каждую фазу работ, определяют де­лением трудоемкости работ в человеко-сменах на принятый состав бригады.

5. Подбирают оборудование для оснащения поверхности и со­ставляют ситуационный план с учетом его развития при проход­ке самой выработки.

6. В соответствии с разработанной технологией проходки и схемой оснащения устанавливают перечень и объемы подготовительных работ, относящихся к строительству данной выработки.

7. Строят линейный или сетевой график строительства выра­ботки с учетом подготовительных работ, оснащения, проходки по этапам и фазам, а также технологических перерывов в горных работах, связанных с монтажом, например, нулевой проходческой рамы, или затрат времени на другие виды работ.

8. Составляют смету на строительство выработки в соответствии с проектом.

9. Определяют и сводят в таблицу технико-экономические по­казатели строительства выработки: скорость строительства, м3/мес. (м/мec.); скорость проходки, м3/мес. (м/мec.); производительность труда проходчика, м3/смену; месячная выработка строительно-монтажного рабочего, тг.; продолжительность строитель­ства, мес.; полная стоимость проходки тг/м3, руб.; стоимость про­ходки выработки, тг.

10. Выполняют чертежи: ситуационный план, схему проход­ки по этапам и фазам с продольными и поперечными разрезами, график сооружения. Масштабы чертежей: 1: 200, 1: 100, 1: 50.