А.И. Набоков Технологические процессы отрасли

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОТРАСЛИ

Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся по направлению 521500 "Менеджмент"

Составители А.И.Набоков Е.А.Бобер

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 7 от 8.04.99

Рекомендованы к печати методической комиссией аправления 521500 Протокол № 9 от 12.05.99

Электронная копия хранится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 1999

1

Методические указания к лабораторным работам по курсу "Технологические процессы отрасли"

Общие сведения

Методические указания способствуют более глубокому усвоению теоретических основ изучаемой дисциплины. Цель выполнения расчетов по наиболее важным вопросам курса –научить студента технически грамотно оформлять работы, осознанно принимать решения выбора рациональной технологии, оборудования и параметров, входящих в расчетные обоснования. Знание теоретических основ курса и выполненные расчеты призваны служить базой для курсовой работы.

Все расчетные работы должны быть выполнены в отдельной тетради. Студент, отсутствующий на занятиях, представляет самостоятельно выполненный вариант индивидуального задания по теме пропущенного занятия.

Лабораторная работа № 1 (4 часа)

Шахтное поле, определение основных параметров шахты

Месторождение или часть его, отведенная для разработки одной шахте, называется шахтным полем.

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

Под запасами шахтного поля понимают количество полезного ископаемого, сосредоточенного в его границах. Полные запасы называют геологическими. Их подразделяют на балансовые и забалансовые.

При правильной конфигурации шахтного поля геологические запасы Z г можно определить:

	Z г = S Н ∑n	mi γ cp ,
	i= 1
где S - размер шахтного поля по простиранию, м; Н - то же по падению,
м; ∑n	m i - суммарная мощность всех пластов в шахтном поле; γ ср -
i =	1

средняя плотность угля соответствующих пластов, т/м3.

2

Балансовыми называют запасы, разработка которых технически целесообразна и экономически выгодна при современном уровне развития техники (Zб).

Забалансовыми называют запасы, разработка которых в настоящее время как технически, так и экономически нецелесообразна (Zзаб).

При разработке полезных ископаемых часть балансовых запасов неизбежно теряется в охранных и барьерных целиках, вблизи геологических нарушений, а также в процессе эксплуатации. Эти потери проектируются и называются проектными (Zп).

Запасы, полученные путем исключения из балансовых запасов проектных потерь, подлежат извлечению из недр и называются промыш-

ленными (Zпр).

Zпр = Zб - Zп .

Проектные потери угля подразделяют на общешахтные и эксплуатационные:

Zп = Zпо + Zпэ ,

где Zпо - общешахтные потери, т; Zпэ - эксплуатационные потери, т. Общешахтные потери (потери в целиках) рассчитываются согласно

правилам охраны зданий и сооружений и ориентировочно составляют для пологих пластов 1,0 ÷ 2,0 %, а для крутых 1,5 ÷ 4,0 % от балансовых запасов.

Эксплуатационные потери зависят от применяемых систем разработки, мощности разрабатываемых пластов и др. Они могут быть рассчитаны по формуле

Zпэ =(Zб - 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 разработки с разделением на слои с обрушением кровли -

0,18 ÷ 0,20;

−щитовых систем разработки - 0,25 ÷ 0,30;

−систем разработки с закладкой выработанного пространства - 0,10

÷0,12;

3

Производственной мощностью шахты называется технически обоснованная и экономически целесообразная величина добычи угля за рассматриваемый период (год, сутки).

Производственную мощность шахты при запасах, ограниченных установленными границами шахтного поля с учетом специфики специальности, можно определить по формуле

А г =	Z пр	,
	Т р

где Аг - годовая производственная мощность шахты, млн. т; Zпр - промышленные запасы, млн. т; Тр - расчетный срок службы шахты, лет.

Полный срок службы (Т) с учетом расчетного срока, периода освоения (tо) и периода затухания (tз) составит

Т= Тр + tо + tз .

Таблица 1 Типовые значения производственной мощности шахты

Ас, т	3000	4000		5000	6000	8000		10000		12000	15000	20000
Аг, млн.т	0,9	1,2		1,5	1,8	2,4		3,0		3,6	4,5	6,0
Рекомендуются			следующие			сроки освоения проектной мощности
шахты: для Аг ≤			1,2 млн. т			tо = 2 года,			для		Аг = 1,2 3,0
млн.т tо = 3 года;				для Аг ≥ 3,0 млн. т				tо = 4 5 лет.

Срок затухания можно принимать равный 2 3 годам. Срок службы шахты следует принимать не менее 50-60 лет.

Установив производственную мощность шахты необходимо определить действующую линию очистных забоев, способную обеспечивать стабильную работу на уровне Аг.

При выемке пластов тонких и средней мощности столбовыми или сплошными системами разработки действующую линию очистных забоев по каждому из принятых к одновременной разработке пластов в шахтном поле определяют по формуле

Hд = Аг Коч / LΣ ро С,

где Аг - производственная мощность шахты, т/год; Коч –коэффициент, учитывающий добычу угля из очистных забоев (Коч =0,9);

L - скорость подвигания действующей линии очистных забоев по шахте м/год; Σ ро - суммарная производительность одновременно разрабатываемых пластов, т/м2; С - коэффициент извлечения угля в очистном забое (С = 0,95 0,97).

Годовое подвигание действующей линии очистных забоев определяется по формуле

4

L = N r nц К,

где N - число рабочих дней в году (N = 300); r - ширина захвата комбайна м; nц - число циклов по выемке угля в очистном забое за сутки; К - коэффициент, учитывающий влияние горно-геологических условий на работу очистных забоев (К = 0,85 0,95).

Действующая линия очистных забоев по шахте составит

Hдш =Hдш nо ,

где nо - число одновременно разрабатываемых пластов.

Число одновременно разрабатываемых пластов на пологом и наклонном падении рекомендуется принимать 1-3.

Число действующих очистных забоев по шахте составит

nз = Hд / lл ,

где lл - средняя длина очистного забоя, м.

На шахте с высоким уровнем механизации следует иметь резервнодействующий забой на случай аварийной остановки одного из действующих. Резервно-действующим называют очистной забой, добыча из которого осуществляется в 1-2 смены в сутки. Тогда общая линия очистных забоев будет равна

Hобщ = Hдш + hр-д,

где hр-д - резервно-действующая линия очистных забоев, м.

При разработке крутонаклонных и крутых пластов, для которых характерна выемка как по простиранию , так и по падению, целесообразно определять суммарную мощность пластов, которая необходима для определения числа одновременно разрабатываемых пластов (Σ mр), обеспечивающих заданную Аг.

Σ mр = Аг Коч / nк nл L hэ γ C ,

где nк - число крыльев шахтного поля, nл - число очистных линий в крыле, hэ - наклонная высота этажа, м.

При разработке крутопадающих пластов щитовой системой годовое подвигание очистного фронта по простиранию может быть определено:

L = 300 N nсм Nв Кп (lщ + 2) / m lщ γ С1 (hэ - Σ hц - Σ hшт),

где N - число рабочих под щитом в смену, чел.; nсм - число добычных смен в сутки; Nв - норма выработки на одного рабочего в смену, т; Кп - коэффициент перевыполнения выработки (Кп = 1,05 1,10); lщ - длина щита по простиранию, м; Σ hц - суммарная ширина целиков над откаточным и минусовым штреками (Σ hц = 10 12 м); Σ hшт - суммарная высота вентиляционного и откаточного штреков (Σ hшт = 5 м); С1 - коэффициент извлечения запасов в щитовом столбе (С1 = 0,90 0,95).

5

Рассчитав производственную мощность шахты и количество очистных забоев, необходимых для ее освоения, следует определить целесообразность деления шахтного поля на блоки и произвести размещение действующих очистных забоев на пластах, принятых к одновременной разработке.

Целесообразность деления шахтного поля на блоки определяется из условий эффективного проветривания шахты. Для этого выполняется ориентировочный расчет необходимого количества воздуха для проветривания щахты (Qш).

Qш = 0,00185 Ас q Кг,

где Ас - суточная производственная мощность шахты, т; q - средняя метанообильность пластов в шахтном поле, м3/т; Кг - коэффициент, учитывающий подготовку пластов на откаточном горизонте и схему проветривания шахты.

Если Qкр = Qш/2 > 150 м3/с, то шахтное поле необходимо делить на блоки.

При пластовой подготовке, фланговой схеме проветривания и прямом порядке отработки крыльев шахтного поля можно принять Кг = 1,95, в тех же условиях, но при полевой подготовке, Кг = 1,7.

В случае, если необходимое количество очистных забоев разместить не удается, следует увеличить число одновременно разрабатываемых пластов и повторить нужные расчеты.

Таблица 2

Индивидуальное задание к работам № 1,2

№		Мощность пластов, м					Угол	Расстояние между пластами, м					Размеры шахтного
п/п							падения,						поля, м
							град
	m1	m2	m3	m4	m5	m6		l1	l2	l3	l4	l5	S	H
1	1,5	2,0	0,5	3,0	0,3	2,5	10	30	50	20	15	10	8000	2500
2	1,3	0,4	3,2	1,8	2,2	0,2	12	10	15	20	10	16	6000	3000
3	2,0	0,3	2,4	1,6	0,5	3,5	18	12	20	8	12	10	6000	3500
4	3,2	1,4	0,6	0,5	2,8	4,0	15	14	10	5	18	2	6500	2400
5	1,8	1,6	2,8	2,5	0,2	0,5	5	24	30	60	13	10	5800	2800
6	2,6	3,2	1,2	0,4	3,5	0,3	8	15	20	10	24	35	7000	3300
7	4,0	1,3	1,6	0,3	0,4	2,8	25	10	20	40	25	18	6000	2500
8	2,6	1,9	1,4	2,0	0,3	0,5	20	20	30	15	35	50	5800	3000
9	3,6	2,0	0,4	0,3	4,0	3,0	30	18	10	60	70	20	4500	700
10	3,8	6,5	0,6	7,0	0,2	9,0	58	10	15	5	10	25	4000	600
11	2,5	1,8	0,2	0,4	4,0	1,6	10	12	8	5	10	5	7500	350
12	2,0	1,6	0,4	5,0	0,2	0,4	60	15	20	10	8	28	6200	2400
13	2,7	6,2	4,6	6,5	0,3	0,2	70	10	12	15	10	60	3000	800
14	1,6	1,8	0,2	0,3	2,0	3,5	6	5	8	10	10	15	7200	4000
15	2,0	0,6	0,3	1,8	3,2	4,0	10	12	70	40	8	10	6800	3200
16	4,6	1,4	1,2	2,2	0,1	0,4	12	8	10	12	16	35	6000	2900
17	3,0	6,5	5,5	9,8	0,3	0,2	80	15	20	30	50	60	3200	700

1

Продолжение табл.2

№		Мощность пластов, м					Угол	Расстояние между пластами, м					Размеры шахтного
п/п							падения,						поля, м
							град
	m1	m2	m3	m4	m5	m6		l1	l2	l3	l4	l5	S	H
18	2,8	6,0	5,8	8,5	0,4	0,4	75	25	30	15	40	50	3000	800
19	2,0	6,0	8,2	0,3	0,2	8,0	65	15	18	40	40	10	2800	850
20	2,4	2,0	0,3	1,3	0,2	3,5	14	10	10	10	15	25	6000	3000
21	3,5	6,0	9,2	0,2	4,0	0,3	72	23	20	30	40	10	3000	700
22	2,8	5,0	6,0	7,0	0,4	0,3	63	15	20	18	40	60	3500	800
23	2,4	0,3	3,0	2,2	0,5	1,4	16	18	10	20	15	6	6200	3000
24	2,8	1,4	0,4	4,0	3,0	0,2	7	20	10	5	12	16	7000	2400
25	1,6	1,9	2,4	0,5	0,3	3,0	11	15	20	10	8	24	6000	3300

9

Лабораторная работа № 2 (2 часа)

Конструирование подготовки пластов на уровне транспортного горизонта

Подготовкой называют проведение горных выработок после вскрытия месторождения, обеспечивающих условия для применения определенных систем разработки.

На уровне транспортного горизонта осуществляют индивидуальную, групповую и комбинированную подготовку.

При индивидуальной подготовке основные выработки горизонта (штреки) проводят непосредственно по разрабатываемым пластам или полевыми. Срок службы этих выработок равен времени отработки выемочных ступеней. На основные выработки горизонта транспортируется полезное ископаемое со всех выемочных полей пласта.

При групповой подготовке основные выработки горизонта объединяют свиту, как правило, сближенных пластов, с выемочных полей которых полезное ископаемое доставляется на промквершлаги или гезенки. Промквершлаги соединяются групповым штреком.

Комбинированная подготовка включает индивидуальную и групповую в пределах одного и того же транспортного горизонта.

Целесообразность принятия групповой или индивидуальной подготовки определяется горно-геологическими условиями залегания пластов или экономической оценкой, сущность которой состоит в сравнении затрат на проведение и поддержание выработок различных вариан-

тов:

Кпш lпш + Кпк lпк nпк ≤ r1 S2 n / L ,

где Кпш- затраты на проведение 1 м группового (полевого) штрека, р.; lпш -длина полевого (группового) штрека, м; Кпк - затраты на проведение 1 м промквершлага, р.; lпк – длина промквершлага, м; nпк - число

промквершлагов; r1 - стоимость	поддержания штреков по пластам при
индивидуальной подготовке, р/м в год; S - длина шахтного поля		по
простиранию, м; n - количество	группируемых пластов в свите;	L -

средневзвешенная скорость подвигания очистных забоев, м/год. Стоимость проведения выработок по породе (полевых штреков и

промквершлагов) может быть определена по формуле

К = (0,1 С1 + С2) F ρ ,

10

где К - стоимость проведения 1 м выработки, р.; С1 и С2 - соответственно постоянные расходы на 1 м выработок, не зависящие и зависящие от площади поперечного сечения; F - площадь поперечного сечения выработки в свету, м2; ρ - коэффициент, учитывающий период проведения выработки.

Значения коэффициентов С1 и С2 приведены в табл.3, коэффициента ρ - в табл.4.

Полная стоимость проведения 1 м откаточного штрека смешанным забоем (по углю с присечкой породы) определяется по формуле

К = [(С1у + С2у F) + (С1п + С2п F)(1-γ )]ρ ,

где С1у, С2у, С1п, С2п - соответствующие коэффициенты для угля и по-

роды (табл.3); γ -

доля площади проходки по углю от общей площади

выработки вчерне.

Таблица 3

Значения коэффициентов С1 и С2

Вид

Вид

Для

уг-

Для

по-

Для

по-

Для пород

выработки

крепи

ля

род

род

ƒ =7-9

ƒ =2-3

ƒ =4-6

С1

С2

С1

С2

С1

С2

С1

С2

Горизонта-

Бетон

-

-

62

16

78

13

92

12

льные вы-

ме-

55

4,5

25

18

36

16

45

15

работки

талл

Значения коэффициента ρ

Таблица 4

Период строительства

Значение коэффициента

металлическая

другие виды

крепь

крепи

Подготовительные выработки на

действующей шахте

0,44

0,43

Строительство шахты до сдачи в

эксплуатацию

1,0

1,0

Стоимость поддержания откаточных пластовых и групповых штреков и промквершлагов определяется соответственно по формулам

R = 0,5 r2 F Ку l t;