Методичні вказівки до виконання практичної роботи Визначення меж небезпечних зон дії ударних повітряних хвиль при обваленні гірських порід в підземних порожнинах з курсу Проектування безпеки при вибухових роботах

Подождите немного. Документ загружается.

Міністерство освіти і науки , молоді та спорту України

Криворізький технічний університет

Кафедра рудникової аерології та охорони праці

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання практичної роботи

« Визначення меж небезпечних зон

дії ударних повітряних хвиль

при обваленні гірських порід в підземних порожнинах»

з курсу « Проектування безпеки при вибухових роботах»

для студентів

спеціальності « Розробка родовищ корисних копалин»

спеціалізації « Охорона праці в гірничому виробництві»

денної та заочної форм навчання

Кривий Ріг

2011

Укладачі: д-р техн. наук , професор Гурін А.О.,

асистент Шевченко В.І.

Відповідальний за випуск: д-р техн. наук , професор Гурін А.О.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Гацький А.К.

Викладена методика розрахунку параметрів повітряних хвиль, що

утворюються при обваленні порід в підземних порожнинах. Наведені

конструкції захисних пристроїв для локалізації підземних порожнин.

Розглянуто Схвалено

на засіданні кафедри на вченій раді

рудникової аерології гірничого факультету

та охорони праці

Протокол № 6 Протокол № 9

від 28.04.2011р від 29.04.2011р

Мета роботи: вивчити методику розрахунку параметрів ударних

повітряних хвиль, що утворюються при обваленні порід в підземних

порожнинах та меж їх небезпечної дії на людей.

Завдання роботи: навчитись визначати швидкість повітряного

потоку на заданій відстані від камери з урахуванням ступеня

стиснення повітря при раптовому обваленні порід.

Вступ

Для відробки покладів залізних руд широко застосовують камерні

системи розробки, що дає змогу добувати руду високої якості,

зменшувати втрати і розубожування руд, відпрацьовувати сліпі

поклади та ін. В даний час на шахтах накопичився значний об'єм

непогашених підземних камер (порожнин), раптове самообвалення

порід в яких призводить до утворення ударних повітряних хвиль

(у.п.х.) внаслідок швидкого витіснення повітря з камер в сполучні з

ними виробки. Розповсюджуючись по розгалуженій мережі виробок

у.п.х. руйнують підземні споруди, комунікації і становлять загрозу для

життя і здоров'я гірників.

У зв'язку з вище зазначеним, питання визначення інтенсивності

у.п.х., встановлення меж їх небезпечної дії, а також локалізації

непогашених підземних порожнин мають важливе значення для

забезпечення безпечних умов відробки рудних покладів камерними

системами розробки.

Відомі методи визначення параметрів у.п.х. при обваленні порід в

підземних порожнинах не враховують ступінь стиснення повітря

падаючими породами. Це приводить до отримання завищених (інколи

надзвукових) швидкостей його руху і відповідно до значних розмірів

захисних пристроїв. В даних методичних вказівках наведена нова

методика визначення швидкості витікання повітря з камери, що

враховує стиснення повітря при витисненні його з камери, а також

описані пристрої для зниження швидкості повітря і локалізації

підземних порожнин.

1. Загальні положення

Застосування на шахтах Кривбасу камерних систем розробки

рудних покладів передбачає наявність гірничих виробок, що мають

зв'язок з камерою і використовуються для її провітрювання, контроля

параметрів якості відбійки масива, випуска руди та ін. В цих виробках

(за винятком дучок) завжди перебувають люди, що забезпечують

нормальний виробничий процес видобутку руди і які можуть

зазнавати дії ударної повітряної хвилі (у.п.х.), що утворюється у

випадку самообвалення порід у підземних очисних камерах

(порожнинах).

Самообвалення порід у підземних порожнинах становить серйозну

небезпеку для працівників шахт. Найбільш небезпечним є раптове

обвалення, при якому породи, що падають, швидко заповнюють

камеру. При цьому повітря в камері стискається і виштовхується з

великою швидкістю в підхідні до неї гірничі виробки. Швидкість

повітряного потоку в підхідних виробках залежить від сумарної площі

їх поперечного перерізу, розмірів пустоти, тривалості та характера

обвалення і може досягати 40-120 м/с. Згідно з Єдиними правилами

безпеки при розробці рудних, нерудних та розсипних родовищ

підземним способом, максимально допустима швидкість повітря у

виробках, в яких знаходяться люди, дорівнює 15 м/с.

З фізичної точки зору у виробках утворюється слабка у.п.х. На

відміну від у.п.х., що утворюються при підривних роботах, вона має

малий тиск на фронті, велику швидкість повітряного потоку і

тривалий час його дії, який залежить від характеру обвалення і досягає

кількох десятків секунд. Тиск на фронті у.п.х. на виході з камери,

зазвичай, не перевищує 15,0 кПа (0,15 кг/см

). При русі хвилі по

виробкам тиск швидко знижується до допустимого значення (∆Р

доп

≤10

кПа) і не становить загрози для людей. Повітряний потік, що йде за

фронтом хвилі, рухається тільки по наскрізним виробкам,

підхоплюючи за собою незакріпленне обладнання, комунікації,

шматки породи, що становить додаткову небезпеку для гірників.

Укриттям для людей у цьому випадку можуть бути тупикові виробки

і ніши.

Витікання повітря з пустоти відбувається через наскрізні

горизонтальні і вертикальні виробки, у тому числі і через дучки. Для

захисту людей від дії у.п.х., на горизонтах доставки над дучками

виконують породну подушку.

2. Розрахунок швидкості повітряного потоку і визначення меж

небезпечних зон його дії на людей при обваленні порід в підземних

порожнинах

Через те, що передбачити характер обвалення порід у підземних

порожнинах складно, для забезпечення безпеки праці гірників, прий-

нята поршнева дія стелини, що падає вертикально, витискуючи

повітря з камери у виробки, без урахування його фільтрації в

зруйнований масив. За цих умов максимальна швидкість повітряного

потоку V

max

на виході з порожнини визначається за графіком (рис.

2.1), де враховується висота падіння порід Н

, ступінь стиснення

повітря та сумарна площа поперечного перерізу виробок ΣS, що

підходять до камери, по яким витискається повітря.

При русі по гірничим виробкам відбувається затухання

(зменшення) швидкості повітряного потоку внаслідок витрат енергії

на подолання сил аеродинамічного опору. Значення швидкості повітря

на заданій відстані R від місця витікання повітря з камери за умови

його руху по прямій виробці з постійною площею поперечного

перерізу і однаковим видом кріплення визначається за формулою:

eVV

max





(2.1)

де V

max

- швидкість повітря на виході з камери, м/с (див. рис. 2.1);

e ─ основа натурального логарифму, е=2,71;

d ─ приведений діаметр виробки, м



d 2

,м (2.2)

S ─ площа поперечного перерізу виробки, м;

β ─ коэфіцієнт шорсткості поверхні виробки (табл. 2.1);

Таблиця 2.1

Коефіцієнти шорсткості поверхні виробок, β

Характеристика поверхні виробок Коефіцієнт β

Незакріплені виробки:

Пройдені за простяганням порід 0,02-0,025

Пройдені в хрест простягання порід,

хвиля рухається у напрямі:

зворотньому падінню порід 0,04-0,045

падіння порід 0,022-0,026

З нерівною підошвою і люками 0,045-0,050

Закріплені виробки:

бетоном 0,01-0,012

неповною кріпильною рамою 0,025-0,030

арочним кріпленням 0,04-0,045

торкретбетоном 0,018-0,0222

Рис.2.1. Залежність швидкості повітряного потоку V

max

на виході з камери

від її висоти Н

при сумарній площі поперечного перерізу виробок ΣS,

що відводять повітря:

1-ΣS=6м

; 2-ΣS=12м

; 3-ΣS=18м

; 4-ΣS=24м

; 5-ΣS=30м

; 6-ΣS > 30м

Показова функція е

, при





визначається з табл. 2.2

Таблиця 2.2

x 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8

1 1,05 1,10 1,16 1,22 1,28 1,35 1,41 1,50 1,57 1,65 1,73 1,82 1,91 2,01 2,12 2,23

При русі по гірничим виробкам у.п.х. проходить різні місцеві

опори (повороти, сполучення, розширення, звуження), які

ослаблюють (або підсилюють) її енергію. З урахуванням місцевих

опорів швидкість повітряного потоку V

p.c.

на заданій відстані від

камери визначається за формулою

обрpcp

ekКVV







(2.3)

де К

обр

= 0,9 ─ коефіцієнт обвалення порід;



;;;; k

─ коефіцієнти ослаблення швидкості повітряного

потоку після проходження місцевих опорів (табл.2.3). Враховуються

всі види місцевих опорів, що зустрічаються на шляху руху повітряного

потоку.

Таблиця 2.3

Значення коефіцієнтів послаблення швидкості потоку повітря при

проходженні місцевих опорів.

Вид місцевого опору Коефіцієнти послаблення швидкості повітря

При однаковому перерізі виробок

k = V

/ V

4 5 ° 9 0 ° 1 3 5 ° 1 7 5 °

k 0 , 6 7 0 , 6 1 0 , 5 7 0 , 5 4

d = V

/ V

4 5 ° 9 0 ° 1 3 5 ° 1 7 5 °

δ 0 , 8 1 0 , 8 9 0 , 9 1 0 , 9 5

П р и р і з н и х п е р е р і з а х в и р о б о к

121312

;; VVVVkSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2

α = 4 5 °

0,67 0,65 0,62 0,59 0,56



0,81 0,83 0,85 0,88 0,91

α = 1 3 5 °

0,57 0,56 0,55 0,54 0,53



0,91 0,92 0,93 0,94 0,95

При різних перерізах виробок

1312

; VVkSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2

0,61 0,64 0,68 0,72 0,76

VV



1 0,8 0,6 0,4 0,2



0,89 0,91 0,93 0,95 0,98



Продовження таблиці 2.3

1212

; VVSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2



1 1,04 1,09 1,1 1,15

1212

; VVSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2



0,91 0,88 0,78 0,71 0,56

1212

; VVSS 



1212

; VVSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2



1 0,94 0,87 0,72 0,56

2121

; VVSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2



0,72 0,69 0,63 0,55 0,4

1 0,8 0,6 0,4 0,2



0,91 1,0 1,04 1,15 1,16

1212

; VVSS 



1 0,8 0,6 0,4 0,2



0,72 0,85 0,89 1,0 1,15

При однаковому перерізі виробок

89,0

5,0













Межа небезпечної зони дії у.п.х. на людей при обваленні порід в

підземній порожнині встановлюється у виробках, де швидкість

повітряного потоку менше 15,0 м/с. Вона визначається шляхом

розрахунку швидкості повітряного потоку на заданній відстані від

камери. Люди можуть перебувати у виробках, де швидкість

повітряного потоку менше 15 м/с. При більших значеннях швидкості

людей виводять на більш дальні відстані або виконують локалізацію

підземної пустоти (камери) захисними спорудами.

3. Локалізація підземних порожнин

Локалізацію підземних порожнин виконують шляхом спорудження

різного виду захисних пристроїв (перемичок) у виробках, по яким буде

рухатись у.п.х. при обваленні порід. Перемички можуть повністю

перекривати переріз виробки (суцільні перемички) або частково

(щілинні перемички).

До суцільних перемичок належать породні і бетонні перемички.

Породні перемички споруджують у виробках, що не

використовуються для провітрювання камер. Для цього розбурюють

покрівлю виробки шпурами або свердловинами з таким розрахунком,

щоб після їхнього підривання перед перемичкою з боку діх у.п.х

утворилась розширювальна камера. Наявність такої камери дозволяє

знизити тиск на перемичку за рахунок його розподілу по більшій

площі відбиття. Крім того, така конструкція перемички гарантує

відсутність зазорів для проходу повітря у верхній її частині. Товщина

породної перемички у покрівлі виробки повинна бути не менше двох

метрів, що забезпечує надійну локалізацію порожнини при будь-яких

її параметрах (рис. 3.1).

Рис 3.1. Породна перемичка:

– висота виробки; α– кут природного відкосу порід

Якщо виробка, що сполучається з камерою, завалена породою в

процесі виконання підривних робіт, випуска руди або внаслідок

гірського тиску і довжина завала перевищує два метри, то при

відсутності зазора між покрівлею (стінкою) виробки в ній можна не

споруджувати породну перемичку. Фактичні параметри такої

перемички визначаються маркшейдерською службою.

Бетонні перемички споруджують з бетону класу В30 або В40; вони

як і породні повністю гасять у.п.х. Для цього товщина бетонної

перемички повинна бути не менше 0,5м, якщо швидкість повітряного

потоку перевищує 50м/с; 0,4м при швидкості 30-40м/с і більше 0,2м

при швидкості менше 30 м/с. Перемичку у будь якому випадку

необхідно армувати по периметру анкерними болтами діаметром

d=0,03 м із сталі Ст-3, які встановлюються через один метр по

периметру виробки. Довжина анкерного болта в гірському масиві

повинна бути не менше 0,6 м, а в бетоні не менше 1,0 м (рис 3.2).