А.П. Политов Расчет параметров вертикальных стволов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительства подземных сооружений и шахт

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Проектирование строительства горнодобывающих предприятий» Раздел I. «Комплексы подземных горных выработок и сооружений» для студентов специальности 090400

«Шахтное и подземное строительство»

Составители А.П. Политов В.В. Першин М.Д. Войтов

Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры Протокол № 11 от 7.02.02

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией по специальности 090400 Протокол № 12 от 12.04.02

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2002

1

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………….. 2

1.ЗАДАНИЕ НА САМОПОДГОТОВКУ ……………………..... 3

2.МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОТРАБОТКЕ УЧЕБНО-ЦЕЛЕВЫХ ВОПРОСОВ …………………………… 4

2.1.Последовательность проектирования вертикальных стволов ………………………………………. 5

2.2.Эксплуатационная функция ………………………………… 7

2.3.Подъемная функция …………………………………………. 7

2.3.1.Определение типа подъемных сосудов ………………….. 8

2.3.2.Определение элементов жесткой армировки …………….. 12

2.3.3.Определение элементов гибкой армировки ……………... 20

2.4.Коммуникационная функция ……………………………..... 27

2.5.Вентиляционная функция ………………………………...... 29 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………. 31 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Варианты заданий на проектирование

вертикальных стволов……………………... 32 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Вопросы для самоконтроля ……………....... 38 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Номера правильных ответов на вопросы

самоконтроля……………………………...... 40

2

ВBЕДЕНИЕ

Методические указания составлены в соответствии с учебным планом по специальности 090400 «Шахтное и подземное строительство» для самостоятельной подготовки и практических занятий по проектированию вертикальных стволов.

Основная задача практических занятий состоит в закреплении студентами теоретических знаний, полученных при слушании лекций, изучении курса и овладении практическими навыками по проектированию сечения вертикальных стволов угольных шахт и рудников согласно индивидуальному заданию.

В результате выполнения индивидуального задания студент должен знать: конструкции армировки вертикальных стволов; требования правил безопасности, строительных норм и правил при проектировании сечения вертикальных стволов; уметь: определять элементы армировки вертикальных стволов, тип подъемных сосудов и клетей, размеры сечения вертикальных стволов; пользоваться альбомами типовых унифицированных сечений вертикальных стволов; проектировать крепь вертикального ствола.

Методические указания содержат задание на самостоятельную работу, рекомендации, пояснения, каким образом и в какой последовательности следует выполнять индивидуальное задание, список рекомендуемой литературы и задания на проектирование.

Индивидуальное задание оформляют в виде пояснительной записки. Пояснительную записку оформляют в соответствии с общими требованиями к текстовым документам [l]. Графическую часть выполняют в пояснительной записке карандашом на листах формата А4. На чертежах приводят сечение ствола с деталями армировки и размещением подъемных средств и разрез на высоту одного яруса армировки. Кроме того, вычерчивают все узлы армировки, крепление кабелей, труб, лестничное отделение и его элементы (если оно есть).

Методические указания также могут быть использованы студентами в курсовом и дипломном проектировании.

3

1. ЗАДАНИЕ НА САМОПОДГОТОВКУ

Цель самоподготовки студентов - получение ими исходных знаний и умений по теме занятия.

Врезультате самоподготовки студент должен:

-знать типы крепей вертикальных стволов, типы и конструкции их армировки, требования правил безопасности, строительных норм и правил при проектировании сечения вертикальных стволов;

-уметь проектировать монолитную бетонную крепь вертикального ствола.

При изучении типов крепей вертикальных стволов необходимо рассмотреть материалы: дерево, металл, бетон, монолитный и сборный железобетон, набрызгбетон с металлической сеткой и анкерной кре-

пью [2, с. 5, 6; 3, с. 160-167].

При изучении жесткой и консольной армировки вертикальных

стволов необходимо детально рассмотреть элементы армировки, их соединение между собой. Особо обратить внимание на крепление расстрелов к крепи анкерами как наиболее прогрессивное направление [2, с. 7-26; 3, с. 337-348]. При изучении канатной армировки особо обратить внимание на направляющие устройства и схемы натяжения канатов [4, с. 38-74]. После изучения типов армировки необходимо сделать анализ областей их применения, достоинств и недостатков.

При изучении минимальных конструктивных зазоров при проектировании сечения вертикальных стволов [4, c. 90-102; 5, с. 138-140] обратить внимание на устройство лестничного и трубокабельного отделений [2, с. 23-26; 3, c. 36l]. Размеры трубокабельного отделения в стволах определяют согласно [7, п. 3.8].

При изучении вопроса проектирования крепи вертикальных стволов необходимо отметить, что в современной практике сооружения стволов вобычных горно-геологических условиях в качестве материала крепи почти исключительное применение имеет монолитный бетон. Так, например, в угольной промышленности монолитным бетоном

4

крепят 97-98 % стволов, в горнорудной - 95 %. Поэтому ограничимся изучением вопроса расчета толщины монолитной бетонной крепи. В настоящее время в монолитной бетонной крепи шахтных стволов применяется тяжелый бетон класса не ниже В15 [6, с. 18-20].

Расчет толщины монолитной бетонной крепи вертикальной выработки на протяженном участке и на участке сопряжений производится в зависимости от инженерно-геологических, гидрогеологических условий, а также с учетом схем организации и методов производства работ по проходке ствола на основе рекомендаций СНиП II 94-80 [7, с. 7-15].

При расчете толщины монолитной бетонной крепи рекомендуется использовать ЭВМ [8, с. 78-82].

Для проверки результатов самоподготовки рекомендуется пользоваться вопросами для самоконтроля (прил. 2).

2.МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОТРАБОТКЕ УЧЕБНО-ЦЕЛЕВЫХ ВОПРОСОВ

Вертикальные стволы шахт являются многоцелевыми выработками, т.е. они предназначаются для выполнения весьма разнообразных функций (подъема полезного ископаемого и породы, спуска и подъема людей и материалов, подачи и выдачи из шахты воздуха и т.д.). Поэтому в основу проектирования сечения вертикального ствола должны быть положены функциональные процессы, которые будут производиться в стволе.

Функции вертикального ствола горнодобывающего предприятия (шахты, рудника) следующие: эксплуатационная; подъемная; коммуникационная; вентиляционная.

Проектирование вертикального ствола производят комплексно, с учетом всех функций, в определенной последовательности.

5

2.I. Последовательность проектирования вертикальных стволов

Рекомендуемая последовательность проектирования сечения вертикального ствола представлена в табл. 1.

Таблица 1

Последовательность работ по проектированию сечения вертикального ствола

7

2.2. Эксплуатационная функция

Обеспечение эксплуатационной функции вертикального ствола осуществляется выбором рациональной формы поперечного сечения ствола, материала и конструкции крепи, соответствующих конкретным горно-геологическим условиям.

Строительные нормы и правила предписывают проектировать вертикальные стволы горнодобывающих предприятий, как правило, круглого сечения [7, п. 3.3]. Выбор другой формы сечения ствола допускается только при наличии соответствующего обоснования (небольшой срок службы, малая глубина, устойчивые породы и т.д.).

Выбор материала и конструкции крепи вертикальных стволов производится согласно [7, с. 11-16]. В породах средней устойчивости стволы, сооружаемые обычным способом, имеют крепь из монолитного бетона. Толщина монолитной бетонной крепи определяется в соот-

ветствии со СНиП II-94-80 [7, с. 7-15; 8].

2.3. Подъемная функция

Подъемная функция вертикальных стволов горнодобывающего предприятия состоит из обеспечения: подъема на земную поверхность полезного ископаемого и пород, спуска в шахту рельсов, шпал, крепежных, взрывчатых и прочих материалов; спуска и подъема людей, оборудования, механизмов, инструментов; подъема и спуска людей по лестницам в случае аварии или для выполнения ремонтных работ.

Для подъема на земную поверхность полезного ископаемого, породы и обеспечения других спускоподъемных операций в качестве подъемных сосудов используются клети и скипы.

Шахтные подъемы подразделяются на одноканатные и многоканатные. В задании на проектирование при рассмотрении подъемной функции указано, к какому типу относится подъем.

8

Размеры сечения вертикального ствола определяется в основном типом и размерами подъемных сосудов.

2.3.1. Определение типа подъемных сосудов

Грузоподъемность скипа для выдачи полезного ископаемого определяют производительностью подъема за один час Ач, высотой подъема и его продолжительностью.

Часовая производительность, т/ч, скипового подъема [2]:

где к - коэффициент неравномерности подъема; для угольного и породного подъема к = 1,5, для рудной промышленности к = 1,15; АГ - годовая производственная мощность горнодобывающего предприятия, т; N - число рабочих дней в году, N = 300 - при работе шахты с одним выходным днем в неделю, N = 260 - при двух выходныхднях в неделю; n – число часов работы подъема в сутки, n = I5-I8 ч.

Продолжительность, с, одного подъема:

где Н – высота подъема, м (рис. 1,а – для скипового подъема, рис. 1,б – для клетевого подъема);

здесь Нш – глубина шахты, м; hп – высота приемной площадки над устьем ствола, для скипов hп = 15-30 м, для клетей hп = 0-12 м; hо – глубина опускания скипов ниже уровня околоствольного двора при за-

грузке, hо = 20-50 м.

Оптимальную грузоподъемность подъемных сосудов для угля Qгр, т, при которой суммарные годовые расходы на амортизацию и эксплуатацию являются минимальными, определяют по формуле проф. Г.М. Еланчика [9]:

9

Рис. 1. Схемы подъемных установок

для двухсосудного подъема

где t2 - продолжительность паузы подъема (табл. 2).

Оптимальную грузоподъемность рудных скипов определяют по формуле проф. В.И. Киселева [1] для двухсосудного подъема: