А.В. Ремезов Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. Методические указания по практическим занятиям для студентов специальности 330500

Министерство образования Российской Федерации

Государственное учреждение Кузбасский государственный технический университет

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом

ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Методические указания по практическим занятиям для студентов специальности 330500 "Безопасность технологических процессов и производств (в горной промышленности)"

Составители А.В. Ремезов В.П. Зубарев

Утверждена на заседании кафедры Протокол № 4 от 11.11.02 Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 330500 Протокол № 1 от 19.09.02

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2003

1

Общее содержание

Методические указания по практическим занятиям предусматривают более глубокое усвоение основных теоретических положений по вскрытию, подготовке и отработке пластовых месторождений подземным способом.

На практических занятиях студент должен в результате выполненных расчетов освоить рекомендуемые методики определения типа шахты, ее параметров, научиться технически грамотно оформлять работы, показать умение, базируясь на изученных дисциплинах, грамотно и осознанно принимать решение и производить расчеты конструктивных параметров и технологических процессов и итоговых экономических оценок производственного процесса по добыче полезного ископаемого.

Главная цель практических занятий подготовка студента к выполнению курсового проекта.

В процессе занятий должны использоваться различные технические средства обучения: плакаты, слайды, модели, горно-графическая документация.

Темы практических занятий:

1.Основные понятия о шахте и горная терминология. Запасы шахтного поля, потери. Основные параметры шахты.

2.Вскрытие шахтных полей пластовых месторождений. Деление шахтных полей на части. Способы вскрытия шахтных полей и их классификация. Околоствольные дворы. Определение производственной мощности и срока службы шахты.

3.Подготовка отдельных частей шахтного поля. Выбор способа подготовки шахтного поля.

4.Технологические схемы и средства механизированной выемки угля.

5.Крепи для крепления очистных забоев.

6.Определение нагрузки на очистной забой (КМЗ).

7.Определение численности очистной бригады и комплексной нормы выработки.

8.Построение графика организации работ в очистном забое.

9.Определение себестоимости добычи угля по очистному забою по укрупненным данным.

2

Общие требования

Каждый студент получает индивидуальное задание (табл. 1). Все расчеты по практическим работам должны быть выполнены в отдельной тетради.

Студент, отсутствовавший на занятиях, обязан представить преподавателю реферат по теме пропущенной работы.

Допуск к экзамену осуществляется по итогам практических занятий и выполненному курсовому проекту.

Примечание: изложенный порядок выполнения работ может быть изменен преподавателями.

Индивидуальные данные для выполнения работ приведены в табл. 1.

Условные обозначения табличных данных: m – мощность пласта, м;

L – угол падения пласта, град;

q3 – метановыделение из очистного забоя, м3/т ;

A – сопротивление угля резанию, кН/см2; l – расстояние между пластами, м;

S – размеры шахтного поля по простиранию, м;

H – размеры шахтного поля по падению, м. Типы пород кровли:

Н – неустойчивая; СУ – средней устойчивости; У – устойчивая; Т – тяжелая; ЛО – легкообрушаемая; ТО – труднообрушаемая.

При расчетах можно применять среднюю плотность углей: антрацита 1,6 т/м3, каменного угля 1,35 т/м3, бурого угля 1,2 т/м3.

Произведение мощности пласта на среднюю плотность угля называют производительностью пласта, т/м2:

P = mγ.

Индивидуальное задание

																				Таблица 1
							-	-
		Мощность пласта, м					очи	реза			Расстояние между пластами, м						Размеры		Характеристика
							Метановыделениеиз q,забоястного м	Сопротивлениеугля см/кН,Анию	L,паденияУголград
заданияп/п№																	шахтного		пород кровли
			Варианты										Варианты				поля, м
							з
							.
	1	2	3	4	5	6	доб			1		2	3	4	5	6
	m1	m2	m3	m4	m5	m6				L1		L2	L3	L4	L5	L6	S	H	непо-		основ-
							сут
																			сред-		ной
							/т												ствен-
							3												ной
1	1,5	2,0	1,8	2,2	2,5	3,0	10	1,8	10	30		50	60	70	80	100	8000	2000	Н		ТО
2	1,3	1,7	2,5	2,8	3,5	4,0	15	1,6	15	40		30	20	50	60	70	6000	3000	СУ		ЛО
3	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	20	2,0	20	50		45	30	60	80	70	6000	2500	Т		ТО
4	1,7	2,8	1,2	2,0	2,2	1,8	25	2,1	15	20		25	30	40	50	60	8000	3000	СУ		ТО
5	2,2	1,8	2,0	2,5	3,0	1,6	30	2,2	18	25		30	35	40	45	50	8000	4000	Т		ЛО
6	1,2	1,5	1,8	2,7	4,2	3,5	35	2,4	30	20		28	30	32	35	40	6200	2500	Н		ТО	3
7	1,3	1,7	1,4	1,6	2,1	2,0	30	2,6	14	40		60	30	35	100	60	6200	3000	Т		ЛО
8	2,5	1,3	1,7	2,4	1,6	1,2	25	2,8	8	30		40	50	60	30	40	5800	3000	СУ		ЛО
9	1,4	1,8	2,5	1,3	1,9	2,2	20	1,5	6	25		30	60	40	34	35	4000	2000	Т		ТО
10	1,5	2,1	1,8	1,6	2,4	4,0	15	1,6	2	20		25	80	50	46	30	6500	3200	Н		ЛО
11	1,7	2,3	2,5	1,5	1,2	1,7	18	1,8	25	35		40	30	40	38	28	6000	3300	СУ		ТО
12	1,5	1,8	2,8	3,0	1,3	2,0	20	2,0	30	40		50	40	30	26	46	4800	2500	Н		ЛО
13	2,2	1,4	1,2	4,5	2,0	1,8	15	2,2	21	60		30	45	20	32	61	5000	3000	Т		ЛО
14	1,6	1,5	1,0	2,8	3,6	2,0	10	2,5	18	80		60	50	25	35	72	5200	3200	СУ		ТО
15	1,2	2,8	4,8	1,4	1,7	1,5	12	2,7	14	90		40	20	35	42	100	5800	3500	Н		ТО
16	1,4	2,9	4,5	1,6	1,8	2,0	15	2,8	12	100		80	60	40	45	90	6000	3000	Т		ЛО
17	1,5	3,0	4,2	1,7	1,9	1,4	20	1,8	16	25		30	50	60	55	80	6200	3300	Т		ЛО
18	2,5	3,5	2,0	3,5	4,0	3,0	30	2,0	15	30		35	40	45	65	60	4800	2600	Н		ЛО
19	3,0	3,8	2,5	6,0	4,0	2,6	35	2,2	20	35		40	35	30	60	40	5100	3100	Н		ТО
20	2,8	4,0	5,2	3,5	4,4	3,0	25	2,4	15	40		45	30	50	75	50	6300	4200	СУ		ТО
21	1,3	1,5	2,2	3,0	2,1	1,8	15	1,8	12	60		50	40	35	80	30	6500	3600	Т		ЛО
22	2,2	4,5	3,5	2,7	1,8	2,0	10	1,6	14	45		60	25	60	90	20	6800	4000	Н		ТО

4

Практическая работа № 1

Основные понятия о шахте и горная терминология. Запасы шахтного поля. Потери. Основные параметры шахты

Цель работы: усвоение основной горной терминологии, приобретение умения в графическом изображении шахтного поля, определение промышленных запасов, потерь угля при отработке шахтного поля.

Теоретические положения: Месторождением называется естест-

венное скопление полезного ископаемого в земной коре, по количеству и качеству и условиям залегания, пригодное для промышленного освоения.

Часть месторождения, отведенного для разработки одной шахты,

называется шахтным полем.

Горное предприятие, осуществляющее добычу угля, руд и нерудных полезных ископаемых подземным способом, называется шахтой.

Характеристиками шахтного поля являются его размеры по простиранию (S) и падению (Н), число пластов (n), расстояние между пластами (l) и запасы (z).

Под запасами понимают количество полезного ископаемого в данном месторождении или отдельных его частях.

Запасы подразделяются на геологические, балансовые и забалансовые.

Балансовые – запасы, разработка которых технически целесообразна и экономически выгодна.

Забалансовые – запасы, разработка которых в настоящее время как технически, так и экономически не целесообразна.

Геологические запасы – это все запасы в границах месторождения или его части.

При разработке запасов часть балансовых запасов неизбежно теряется в охранных и барьерных целиках (общешахтные потери), в геологических нарушениях и гидрогеологических ослаблениях, а также в процессе эксплуатации (эксплуатационные потери). Эти потери, учитываемые при проектировании и называются проектными.

В результате исключения из балансовых запасов проектных потерь получают промышленные запасы:

zпр = zбал − zn ,

где zбал – балансовые запасы, т; zп – проектные потери угля, т.

5

zбал = zпо + zпэ,

где zпо – общешахтные потери, т; zпэ – эксплуатационные потери, т. Балансовые запасы угля в шахтном поле определяются по формуле

zбал = SHΣmγ = SНΣp ,

где Σm – суммарная мощность разрабатываемых пластов, м; γ – сред-

няя плотность угля, т/м2; ∑ р – суммарная производительность пластов, т/м2.

Потери угля в охранных и барьерных целиках рассчитывают согласно правилам охраны зданий и сооружений. Ориентировочно они составляют для пологих пластов 1,0-2,0 %, для крутых пластов 1,5- 4,0 % от балансовых запасов, т.е. коэффициент общешахтных потерь кпо составляет: для пологих пластов – 0,01-0,02, крутых – 0,015-0,04.

Таким образом, общешахтные потери равны

zпо = кпоzбал.

Эксплуатационные потери зависят от применяемых систем разработки, мощности разрабатываемых пластов, способов охраны подготовительных выработок и могут быть подсчитаны по формуле

zпэ = (zбал − zпо )кпэ,

где кпэ – коэффициент эксплуатационных потерь. Он может быть принят для:

-сплошных систем разработки – 0,05-0,10;

-столбовых систем разработки – 0,10-0,15;

-систем с разделением на слои – 0,18-0,20;

-щитовых систем разработки – 0,25-0,30;

-систем разработки с закладкой выработанного пространства –

0,10-0,12.

Средневзвешенный коэффициент эксплуатационных потерь опре-

деляют из выражения

кпэ = (m1кпэ +m2кпэ +... +mn кn ) / ∑m,

где кпэ – коэффициент потерь по каждому разрабатываемому пласту;

m – мощность соответствующего пласта, м.

6

Порядок выполнения работы:

1.Для усвоения основных горных терминов преподаватель задает вопросы – студенты отвечают (вопрос – ответ).

2.По заданным элементам залегания месторождения угля и характеристике шахтного поля студенты графически изображают его в масштабе и определяют промышленные запасы угля в шахтном поле, потери угля при отработке запасов.

Контрольные вопросы:

1.Какими границами характеризуется шахтное поле, элементы залегания пласта?

2.Какие бывают запасы? Дайте их определения.

3.Какие бывают потери угля? Дайте их характеристики.

4.Разновидность горных выработок, их терминология.

Практическая работа № 2

Вскрытие шахтных полей пластовых месторождений. Деление шахтных полей на части.

Способы вскрытия шахтных полей и их классификация. Определение производственной мощности и срока службы шахты

Цель работы: По заданным параметрам студент должен подобрать рациональную схему вскрытия шахтного поля, разделить шахтное поле на рациональные участки, определить производственную мощность шахты и срок ее службы.

Теоретические положения: Для обеспечения рациональной и экономически эффективной отработки запасов шахтное поле независимо от занимаемой им площади, как правило, делят на более мелкие части: блоки, горизонты, панели, выемочные столбы и т.д.

Способ вскрытия – качественная характеристика, отражающая особенности вида и взаимного расположения главных и вспомогательных выработок, проводимых в период строительства и эксплуатации горного предприятия для создания доступа с поверхности земли к шахтному полю или к его части.

7

Необходимо стремиться к тому, чтобы выбранный способ вскрытия обеспечивал максимальную производительность труда при минимальной себестоимости 1 т угля.

По простиранию шахтное поле делят на крылья или блоки. Производственную мощность шахты при запасах, ограниченных

принятыми размерами шахтного поля, можно определить по формуле А.С. Малкина

Аг = кн(кпл + кз) zпр(∑mo / ∑m)кг ,

где Аг – годовая производственная мощность шахты, тыс. т; кн – коэффициент надежности технологической схемы шахты ( кн = 0,9-0,8 при вскрытии вертикальными стволами и групповой подготовке пластов на пологих и наклонных пластах; кн = 0,75-0,85 в тех же условиях, но при индивидуальной подготовке; кн = 0,7-0,8 при комбинированном вскрытии и фланговой схеме проветривания; кн = 0,6-0,75 при вскрытии вертикальными стволами и этажными квершлагами); кпл – коэффициент, учитывающий число пластов в шахтном поле; кз – коэффициент, учитывающих влияние нагрузки на очистной забой; zпр – промышленные запасы угля в шахтном поле, тыс. т; ∑mo – суммарная

мощность одновременно разрабатываемых пластов, м; ∑m – суммарная мощность всех рабочих пластов в шахтном поле (m1 + m2 +… + mn), м; кг – коэффициент, учитывающий влияние глубины и угла падения пластов.

Коэффициенты кпл и кз определяются по формулам

кпл = (no + n −no ) / n; кз = ϕАмmcр / mсро ,

где no – количество одновременно разрабатываемых пластов в шахт-

ном поле; при разработке пологих пластов к одновременной разработке рекомендуется принимать 1-3 пласты, при крутых – no = (0,50 ÷0,75)n , n – количество рабочих пластов в шахтном поле;

ϕ – коэффициент, учитывающий степень влияния средней нагрузки на очистной забой (для Кузбасса: пологое падение – 0,0016, крутое – 0,002); Ам – нагрузка на очистной забой, т/мес; mср – средняя мощ-

8

ность рабочих пластов в шахтном поле (mср = ∑m / n), м; mсро – сред-

средняя мощность одновременно разрабатываемых пластов в шахтном поле (mсрo = ∑mo / no ), м.

Месячную нагрузку (т/мес) на очистной забой на пологом падении ориентировочно можно определить по формуле

Ам = Nmсроlrncγc,

где N – количество рабочих дней в месяце (в расчетах можно принять равным 25); l – длина лавы, м; r – ширина захвата комбайна (вынимаемой полосы), м; nс – количество стружек, снимаемых в сутки (количество циклов); γ – плотность угля, т/м3; c – коэффициент извлечения угля в очистном забое (0,95-0,98).

Коэффициент влияния глубины разработки и угла падения пластов Кr определяется из выражения

Кr =1+ Нв /(Нв + Нsinα),

где Нв – глубина верхней границы шахтного поля, м; α – угол падения, град;

Суточная производственная мощность шахты определяется исходя из числа рабочих дней в году:

Ас = Аr / 300.

При выборе производственной мощности шахты следует руководствоваться типовыми значениями этого параметра (табл. 2).

Таблица 2 Типовые значения производственной мощности шахты

Ас, т	3000	4000	5000	6000	8000	10000	12000	15000	20000
Аr, млн т	0,9	1,2	1,5	1,8	2,4	3,0	3,6	4,5	6,0

Расчетный срок службы шахты Тр равен

Тр = Zпр / Аr .

9

Полный срок службы Т с учетом периода освоения to и периода

затухания tз составляет

Т = Тр +(to +tз) / 2.

Рекомендуются следующие сроки освоения проектной мощности шахты: для Ar≤1,2 млн т, tо=2 года; для Ar= 1,2÷3,0 млн т, tо= 3 года;

для Ar≥3,0 млн т, tо= 4÷5.

Срок затухания можно принять равным 2÷3 года. Срок службы следует принимать не менее 50-60 лет.

Для обеспечения рациональной и экономически эффективной отработки запасов шахтное поле делят на части. По простиранию шахтное поле делят на крылья или блоки, панели, горизонты, этажи, ярусы, выемочные столбы.

Деление на крылья зависит от размера шахтного поля по простиранию. Обычно шахтное поле делят на два крыла (левое и правое). Самый рациональный метод – это расположение главных вскрывающих выработок в центре шахтного поля.

Крыло – часть шахтного поля, расположенная по одну сторону от главного ствола или какой-либо другой вскрывающей выработки.

Блок – часть шахтного поля, вскрытая с поверхности обособленной главной вскрывающей выработкой, как минимум одним воздухоподающим и воздухоотводящим блоковыми стволами или шурфами. Каждый блок имеет свое независимое проветривание и основные выработки для транспорта угля, материалов, людей.

Блочный способ вскрытия и разделения шахтного поля применяют при отработке свиты пластов с высокой газообильностью.

Панель – это часть пласта в пределах шахтного поля или горизонта, обслуживаемая самостоятельным комплексом горизонтальных или наклонных выработок, транспортных и вентиляционных.

Обычно на панели делят часть шахтного поля, определенного горизонтом, на участки по простиранию, они вытянуты по падению от верхней границы горизонта до нижней его границы.

Ярус – это часть пласта в пределах панели.

Горизонт (ступень) – это часть шахтного поля с границами, одной из которых по падению является главный транспортный штрек, а второй – верхняя или нижняя граница шахтного поля.

Транспортирование полезного ископаемого из блоков до главного ствола осуществляется по магистральному штреку, соединяющему все