1.9 Расчет достаточной водозащитной толщи пород для безопасной отработки месторождения

Расчет выполняем на основании "Указаний по защите рудников от затопления в условиях Старобинского месторождения калийных солей".

1) Мощность водозащитной толщи определяется:

Н_в= Н_т+ М, м.

где	Нт– высота зоны распространения трещин, м;
	М – минимальная безопасная мощность предохранительной потолочины, М = 50 м.

2) Высота зоны распростране ния трещин:

Н_т=dm_пр

где	d– безразмерный параметр определяемый в зависимости от глубины ведения работ при камерной системе разработки на участках шахтного поля притектонических и краевых зон,d= 32 ∙ 0,01Н, (где Н – глубина ведения горных работ, м). Тогдаd= 32 ∙ 0,01 ∙ 546= 175 м;
	mпр– приведенная вынимаемая мощность.

При камерной системе разработки m_пропределяется:

m_пр=m_в­∙k

где	mв– вынимаемая мощность пласта, м (mв=2,2 м);
	k– степень извлечения рудной массы (который определяется в зависимости от ширины очистных камер и ширины оставления целика между камерами). kизв= 4,3 / (2 + 4,3) = 0,68 где 4,3 – ширина очистных камер; 2 – ширина податливого целика

m_пр= 2,2 ∙ 0,68 = 1,5

Н_т= 175 ∙ 1,5 = 262,5 м

Мощность пород водозащитной толщи составляет 370 м, тогда –

370 – 262,5 = 107,5 м.

Таким образом 107,5 > 50 м, а значит водозащитная толща в зоне ведения очистных работ с камерной системой разработки достаточная и угроза затопления рудника отсутствует.

Для очистных работ длинными столбами безразмерный параметр d

определяется по формуле:

d = 46 - 0,01Н,

где Н – глубина ведения горных работ, м; Н = 546 м.

Тогда

d = 46 - 0,01 ∙ 546 = 40,54 м.

При столбовой системе разработки с обрушением кровли:

m_пр = m_в1 ∙ k,

где m_в1 – вынимаемая мощность пласта, м (m_в1 = 4,45 м).

k – степень извлечения рудной массы, для наших условий k = 1.

Тогда m_пр = 2,08 ∙ 1 = 2,08 м.

Нт = 40,54 ∙ 4,45 = 180,4 м

Мощность пород водозащитной толщи составляет 370 м.

Тогда 370 – 180,4 = 189,6 м.

Таким образом, 189,6 > 50 м, а значит, водозащитная толща в зоне ведения очистных работ со столбовой системой разработки достаточная и угроза затопления рудника отсутствует.

1.9 Технология и механизация систем разработки

Для выемки IVсильвинитового слоя верхней лавой предлагается использовать очистной гидромеханизированный комплекс в составе:

• комбайн SL-300NE– 2 шт.;

• забойная механическая крепь «Фазос-09/15» – 125 шт;

• крепь прикрытия «Фазос-15/31» - 4 комплектов;

• забойный скребковый конвейер СПЗ-1-228 – 1 шт.;

• штрековый конвейер СПШ-1-228 – 2 шт.;

• система охлаждения;

• насосная станция (гидрооборудование);

• система сигнализации и связи;

• система электрооборудования.

Технология выемки IVсильвинитового слоя комбайномSL-300NEзаключается в следующем: выемка производится комбайнами, перемещающимися по ставу забойного конвейера с помощью бесцепной системы подачи. Комбайны обеспечивают механизированную выемку и погрузку отбитой руды на забойный конвейер, зачистку комбайновой дороги в процессе отгона комбайна после выемки каждой полосы. Выемка полосы осуществляется в направлении от вентиляционного штрека лавы к бортовым штрекам с зарубкой у вентиляционного штрека. Передвижка забойной крепи производится непосредственно за комбайном.

Таблица 1.12 - Техническая характеристика комбайнаSL-300NE

Технические параметры	Величина	Ед. изм.
Напряжение питания	990	В
Мощность электродвигателя резания	400	кВт
Мощность электродвигателя подачи	35	кВт
Мощность электродвигателя гидронасоса	7,5	кВт
Мощность электродвигателя вентилятора	3	кВт
Число оборотов режущего органа	48/56	об/мин
Максимальный угол падения пласта	6	Град
Максимальное тяговое усилие	314	кН
Максимальная скорость подачи (маневровая)	10	м/мин
Высота комбайна по корпусу	978	Мм

Таблица 1.13 - Техническая характеристика конвейера скребкового забойного СПЗ-1-228

Технические параметры	Значение		Ед.изм.
Длина конвейера	По заказу
Высота разгрузки	1000		мм
Производительность	600		т/час
Тяговый орган цепь	30х108 (ТУ2.0173856.024-94)
количество цепей	1	шт.
скорость движения	1,0	м/с
Длина рештака	1500	мм
Ширина рештака по боковинам	732	мм
Высота боковин рештака	228	мм
Ширина става с бортами	912	мм
Высота става с бортами	470	мм
Угол поворота в горизонтальной плоскости	1,1	град.
Угол поворота рештаков в вертикальной плоскости	4	град.
Электродвигатель ЭДКОФВ315М4	2х160	КВт
Питающее напряжение	660/1140	В

Таблица 1.14 - Техническая характеристика конвейера скребкового штрекового СПШ-1-228

Технические параметры	Значение		Ед.изм.
Длина конвейера	По заказу
Высота разгрузки	1000		мм
Производительность	600		т/час
Тяговый орган:
цепь	30х108 (ТУ 12.0173856.024-94)
количество цепей	1	шт.
скорость движения	1,0	м/с
Длина рештака	1500	мм
Ширина рештака по боковинам	732	мм
Высота боковин рештака	228	мм
Ширина става с бортами	912	мм
Высота става с бортами	470	мм
Угол поворота рештаков в горизонтальной пло-скости	1,1	град.
Угол поворота рештаков в вертикальной пло- Скости	4	град.
Электродвигатель АВР280 М4	2х132	кВт
Питающее напряжение	660/1140	В

Таблица 1.15 - Техническая характеристика крепи забойной Фазос-09/15

Технические параметры	Величина	Ед. изм.
Максимальная высота крепи	1500	мм
Минимальная высота крепи	900	мм
Поддерживающая способность	354-412	кН/м2
Продольный угол наклона пласта	до 10	Град.
Шаг установки	2	м
Масса секции	4932	кг
Давление питания	25	МПа
Количество стоек в секции	2	шт.
Предварительное сопротивление стойки	866	кН
Рабочее сопротивление стойки	1662	кН
Усилие передвижки крепи	125	кН
Усилие передвижки конвейера	157	кН
Тип системы передвижки	прямая
Настройка пред. клапана цилиндра передвижки	30	МПа
Шаг передвижки секции	800	мм
Ширина верхняка	1700	мм
Длина верхняка	2440	мм

Таблица 1.16 - Техническая характеристика крепи сопряжения Фазос-15/31

Технические параметры	Величина	Ед. изм.
Максимальная высота крепи	3085	мм
Минимальная высота крепи	1500	мм
Масса секции	12382	кг
Давление питания	25	МПа
Количество стоек в секции	2	шт.
Предварительное сопротивление стойки	785	кН
Рабочее сопротивление стойки	1500	кН
Поддерживающая способность секции	370 - 520	кН/м2
Масса гидростойки	470	кг
Настройка предохранительного клапана гидростойки	48	МПа
Усилие передвижки крепи	282	кН
Усилие передвижки конвейера	157	кН
Шаг передвижки секции	800	мм
Ширина верхняка	1575	мм
Длина верхняка без козырька	2180	мм

Расчет производительности комплекса SL-300NE

Производительность комплекса W, т/сут. определяется по формуле:

W=,

где P- мощность рабочего электродвигателя, кВт;

T- время работы комбайна по добыче за сутки, ч;

k- коэффициент использования машинного времени

n- количество комбайнов в лаве, шт;

p- средняя энергоемкость разрушения сильвинита, кВт/т

W=400∙16,25∙0,45∙2/1,5=3900 т/сут.

Выход руды с 1 метра столба лавы W_пмопределяется по формуле:

W_пм=L∙m∙y,

где L- длина выемочной полосы, м;

y-объёмный вес пород, т/м³.

W_пм=250∙1,20∙2,11=633 т.

Выход руды с 1 цикла W_ц определяется по формуле:

W_ц=L∙m∙h∙y,

где h- ширина захвата режущего органа

W_ц=250∙1,20∙0,8∙2,11=506 т.

Количество циклов в сутки N_цопределяется по формуле

N_ц=W/W_ц,

N_ц=3900/506=7,7.

Принимаем количество циклов в сутки равным 7. Тогда суточная производительность комбайна равна

W=W_ц∙n,

W=506∙7=3540 т.

Месячная производительность лавы W_месопределяется по формуле:

W_мес.= 3150∙25=88500 т.

Годовая производительность лавы W_годт/год определяется по формуле:

W_год.=88500∙12=1062000 т.

Проверочный расчет забойной крепи Фазос-9/15

Конструктивная максимальная и минимальная высота в лаве должна удовлетворять условию:

Н_мах >m_мах ( 1 – α ∙L_П), мм

Н_min <m_min( 1 – α ∙L_З ) –b–t, мм

где	Нмах = 1500 мм – максимальная конструктивная высота крепи;
	Нmin = 900 мм – минимальная конструктивная высота крепи;
	mмах=mмin=1200 мм –вынимаемая мощность;
	α = 0,015 – коэффициент опускания кровли для условий Старобинского месторождения;
	LП=LЗ=3,4 м - расстояние от груди забоя до оси передней и задней стойки секции (комплекта) крепи, замеряемое по почве лавы или основанию крепи;
	b= 50 мм – запас на разгрузку крепи от давления;
	t= 45 мм – суммарная толщина породной подушки;

900 мм <1043 мм;

1500мм > 1139 мм

Из расчётов следует, что требуемое условие соблюдается.

Несущая способность q_c, кН/м², механизированной крепи в лаве должна удовлетворять условию:

q_c≥q,

где q_с– несущая способность крепи, кН/м²;

q- удельная нагрузка механизированной крепи от горного

давления, кН/м².

Несущая способность крепи q_с, кН/м² , определяется по формуле

,

где - рабочее сопротивление секции, кН;

- ширина призабойного пространства(расстояние от груди забоя до завального конца верхняка крепи), берется после снятия комбайном полосы полезного ископаемого при задвинутых к конвейеру секциях крепи, м;

- шаг установки секций крепи в лаве, м.

Q_C = 1662∙2=3324 кН/м²; B_З=2,4-0,8 +3,135= 4,7 м;

q_C= =353,6 кН/м² > 300 кН/м².

Т.к. ширина призабойного пространства м указанные значения удельной нагрузки должны быть скорректированы в соответствии с зависимостью

,

где К- размерный коэффициент,, К = 0,0225.

321,7.

Условие q_c ≥ q_к так же соблюдается: 353,6 кН/м²> 321,7 кН/м².

Согласно произведенным расчетам применяемая забойная крепь Фазос-09/15 обеспечит устойчивость кровли призабойного пространства.

Для выемки сильвинитовых слоёв II,II-III,IIIнижней лавой предлагается использовать очистной гидромеханизированный комплекс в составе:

• комбайн SL-300/400– 1 шт.;

• забойная механическая крепь «Фазос-16/24» – 119 шт;

• механическая крепь сопряжения конвейерного и вент. штреков «Фазос -15/31» – 3 комплекта;

• забойный скребковый конвейер СПЗ-1-228 – 1 шт.;

• штрековый конвейер СПШ-1-228 – 2 шт.;

• система охлаждения;

• система пылеподавления;

• насосная станция (гидрооборудование);

• система сигнализации и связи;

• система электрооборудования.

Таблица 1.17 - Техническая характеристика очистного комбайна SL-300/400

Технические параметры	Значение	Ед.изм.
Длина комбайна по осям шнеков	10900	мм
Длина корпуса комбайна	7600	мм
Глубина подрубки почвы режущим 1400 мм	190	мм
Высота корпуса	1033	мм
Минимальная вынимаемая мощность	1400	мм
Ширина режущего органа	830	мм
Вес комбайна	36	т
Максимальное тяговое усилие	537	кН
Скорость подачи маневровая	0-10	м/мин
Электродвигатель резания
Мощность	2 х 400	кВт
Напряжение питания	990	В
Номинальный ток	220	А
Электродвигатель подачи
Мощность	2 х 35	кВт
Напряжение питания, постоянный ток	315	В
Номинальный ток	119	А
Электродвигатель гидросистемы
Мощность	2 х 7,5	кВт
Напряжение питания	990	В
Номинальный ток	6,4	А
Электродвигатель вентилятора
Мощность	3	кВт
Напряжение питания	990	В
Номинальный ток	17,2	А
Количество оборотов	3000	об/мин
Производительность вентилятора	318	м3/мин

Таблица 1.18 - Техническая характеристика крепи забойной Фазос-16/24

Технические параметры	Значение	Ед.изм.
Рабочий диапазон крепи	1,7-2,35	м
Максимальная высота крепи	2400	мм
Минимальная высота крепи	1600	мм
Поддерживающая способность	414-417	кН/м2
Продольный угол наклона пласта	до 6	град.
Шаг установки	2	м
Масса секции	7317,4	кг
Давление питания	25	МПа
Количество стоек в секции	2	шт.
Предварительное сопротивление стойки	866	кН
Рабочее сопротивление стойки	1662	кН
Усилие передвижки крепи	282	кН
Усилие передвижки конвейера	157	кН
Шаг передвижки секции	800	мм
Количество домкратов верхняка	2	шт.
Ширина верхняка	1700	мм
Длина верхняка	2780	мм

Суточная производительность комбайна с одним шнеком:

При выемке руды комбайном с двумя шнеками один шнек может быть загружен не полностью, если мощность слоя, или вынимаемого пласта, меньше суммарного диаметра двух шнеков. В этом случае в формулу для определения производительности комбайна вводится используемая мощность эл. двигателей комбайна, которая определяется по формуле (кВт):

где N₁– мощность электродвигателя переднего шнека, кВт;

N₂– мощность электродвигателя заднего шнека, кВт;

m– мощность пласта, м;

d₁– диаметр переднего шнека, м;

d₂– диаметр заднего шнека, м.

Производительность комплекса W

W=59416,250,451/1,5=2895 т/сут.

Выход руды с 1 метра столба лавы W_пм

W_пм=2382,082,11=1045 т.

Выход руды с 1 цикла W_ц

W_ц=2382,080,82,11=836 т.

Количество циклов в сутки Nц:

N_ц=2895/836=3,5.

Принимаем количество циклов в сутки равным 3. Тогда суточная производительность комбайна равна

W=836∙3=2508 т.

Месячная производительность лавы W_мес

W_мес= 250825

где 25 – среднемесячное количество дней по добыче для комплекса.

W_мес=324025=62700 т/мес.

Годовая производительность лавы W_год

W_год=W_мес12

W_год=6270012=752400 т/год.

Проверочный расчёт механизированной крепи очистного забоя

Расчет выполняем в соответствии с методикой, приведенной в «Нормативных и методических документов по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей».

Максимальная и минимальная конструктивная высота крепи в лаве H_minиH_max, должна удовлетворять условию

,

,

где m_minиm_max- минимальная и максимальная вынимаемая мощность пласта (слоя) в пределах выемочного столба, мм;

l_nиl_з- расстояние от груди забоя до оси передней и задней стойки секции (комплекта) крепи, замеряемое по почве лавы или основанию крепи, м (для однорядной крепиl_n=l_з=4,4 м);

a- коэффициент опускания кровли, принимаемый по результатам специальных исследований на Старобинском месторождении- 0,015 1/м;

b- запас на разгрузку крепи от горного давления, принимаемый для пластов (слоёв) мощностью более 1,5 м – 50 мм.

t- суммарная толщина породной подушки под основанием и на перекрытии секции (комплекта) крепи, мм; для пластов (слоёв) мощностью более 1,5 м – 45 мм.

,

1600мм <1847 мм.

,

2400мм > 1942мм.

Из расчётов следует, что требуемое условие соблюдается.

Несущая способность q_c, кН/м², механизированной крепи в лаве должна удовлетворять условию

,

где q_c- несущая способность крепи, кН/м²;

q- удельная нагрузка механизиров нной крепи от горного давления, кН/м².

Несущая способность крепи q_c, кН/м², определяется по формуле

,

где Q_c- рабочее сопротивление секции, кН;

B_з - ширина призабойного пространства (расстояние от груди забоя до завального конца верхняка крепи), берётся после снятия комбайном полосы полезного ископаемого при задвинутых к конвейеру секциях крепи, м;

S- шаг установки секций крепи в лаве, м.

;B_з=4,25 м;S=2 м.

т .к. ширина призабойного пространства B_з>4,2м указанные значения удельной нагрузки должны быть скорректированы в соответствии с зависимостью

,

где К - размерный коэффициент, принимаемый по результатам специальных исследований на Старобинском месторождений, К=0,0225 м⁴/кН.

Условие также соблюдается: 391 кН/м²>303 кН/м².

Согласно произведённым расчётам применяемая забойная крепь Фазос-16/24 обеспечит устойчивость кровли призабойного пространства.