Building/chapters/lab-7.typ

// Форматирование (шрифты, поля, нумерация заголовков, формул, таблиц,
// рисунков, подписи) задаёт шаблон .template через document() в main.typ —
// в главе только контент.

#import "/.template/lib/index.typ": vref, vrefs, eqref, где

= Теоретические сведения

== Бурение шпуров в забое

Проходческий цикл начинается, как правило, с разметки в забое мест расположения шпуров, выполняемой в соответствии со схемой в паспорте буровзрывных работ.

До начала разметки и бурения шпуров забой подземной выработки осматривают и приводят в безопасное состояние путем тщательной оборки и простукивания при помощи специального оборника (длинного лома). Породу, издающую при простукивании характерный глухой звук, и породу, имеющую видимые заколы, отбивают и удаляют. Удаляют также куски породы, нависшие или заброшенные взрывом на обделку или проходческое оборудование.

В качестве проходческого оборудования могут использоваться шахтные бурильные установки (#vref(<laba7-ris1>, "р")), предназначенные для бурения шпуров в породах различной крепости при проведении горных выработок, строительстве тоннелей, а также при ведении очистных работ в рудниках. Шпуры бурят вдоль оси выработки, в кровлю, бока и почву выработки. В качестве бурильных машин используют различные типы перфораторов, буровые головки вращательно-ударного действия (реже вращательного и ударно-вращательного действия).

#figure(
  image("/assets/images/laba7-burilnaya-ustanovka.png", width: 60%),
  caption: [Шахтная бурильная установка: 1 — податчик; 2 — манипулятор; 3 — бурильная головка; 4 — рама с ходовой частью; 5 — пульт и система управления; 6 — привод],
) <laba7-ris1>

Технические характеристики бурильных установок приведены в #vref(<laba7-t1>, "п").

#[#show table: set text(size: 8pt)
#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.5fr, 0.5fr, 0.55fr, 0.55fr, 0.6fr, 0.5fr, 0.8fr, 0.55fr, 0.95fr, 0.5fr, 0.55fr, 0.55fr, 0.45fr),
    inset: (x: 1.2mm, y: 1.4mm),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Тип установки],
      table.cell(colspan: 5)[Зона бурения и обуривания],
      table.cell(rowspan: 2)[Тип бурильной машины],
      table.cell(rowspan: 2)[Мощность привода, кВт],
      table.cell(rowspan: 2)[Тип ходовой части],
      table.cell(colspan: 4)[В транспортном положении, м],
      table.cell(rowspan: 2)[Масса, т],
      [Высота зоны бурения, м], [Ширина зоны бурения, м], [Глубина бурения, м], [Площадь обуривания забоя, м²], [Число бурильных машин, ед.],
      [длина], [ширина], [высота],
    ),
    [УБШ 121 (УБШ 101)], [3], [4], [2], [6–11], [2], [ПК60А], [20], table.cell(rowspan: 5)[Пневмо-колесная], [4,5], [1,45], [1,5], [4],
    [БК-2П], [3], [4], [2], [6–11], [2], [ПК60А], [20], [5,7], [1,4], [1,4], [5,5],
    [2УБН-2П (УБШ 208)], [3,2], [4,5], [2,5], [6–14], [2], [ПК60А], [20], [6,8], [1,5], [1,5], [6,25],
    [УБА], [7], [8], [4], [25–50], [2], [ПК60А], [100], [9,5], [2,6], [3,5], [14],
    [СБУ2МН (УБШ 304)], [3,9], [5,5], [2,75], [24], [2], [1100-1-1М], [14], [7,1], [1,87], [1,75], [6],
    [СБУ2К (УБШ 401)], [5], [7,7], [4], [34], [2], [БГА-1М], [18], table.cell(rowspan: 2)[Гусеничная], [9,2], [2,4], [2,8], [13,9],
    [СБКН2М (УБШ 207)], [3,2], [4,4], [2,5], [6–12], [2], [ПК60А], [14], [6], [1,3], [1,3], [5,7],
    [БУ-1Б (УБШ 202)], [4], [5], [2,75], [18,5], [1], [БГА-1М], [14], table.cell(rowspan: 4)[Колесно-рельсовая], [6,5], [1,08], [1,5], [2,3],
    [БУР2Б (УБШ 302)], [4,5], [5,5], [2,75], [22,8], [2], [БГА-1М], [14], [7], [1,3], [1,5], [4,95],
    [БКГ-2 (УБШ 309)], [4,5], [4,5], [2,8], [22], [2], [ГП-1], [14], [7,2], [1,32], [1,4], [5,5],
    [БУЭ-1М (УБШ 204)], [3,2], [3,3], [2,8], [6–10], [1], [Электрический], [–], [8,2], [1,15], [1,25], [5,4],
    [УБШ-322Д (УБШ 312)], [4,4], [6,9], [3], [8–22], [2], [ГБП], [55], table.cell(rowspan: 3)[Пневмо-колесная], [11], [1,75], [2,3], [12],
    [УБШ-532Д (УБШ 501)], [7,2], [8,6], [4], [15–60], [3], [ГБП], [55], [12,5], [2,5], [2,8], [22],
    [УБШ-32 (УБШ 315)], [4,6], [7], [3,3], [11–27], [2], [ГБГ], [55], [10,5], [1,9], [2,8], [18],
  ),
  caption: [Технические характеристики бурильных установок],
) <laba7-t1>
]
]

#par(first-line-indent: 0pt)[
*Примечание.* Первая цифра типа установки обозначает размерную группу, две вторые цифры — порядковый номер модификации, буква — индекс модификации, тип привода. ГБП — пневматический перфоратор; ГБГ — гидравлический перфоратор.
]

Техническая производительность бурильной машины:

$ P_"б"^"т" = V_"м" dot k_"д" dot k_"зам" dot k_"всп", "м/мин" $ <laba7-f71>

#где[
  где $V_"м"$ — механическая скорость бурения, определяемая для машин типа БГА-1 по #vref(<laba7-t2>, "д")\;\
  $k_"д"$ — коэффициент учета диаметра шпура, $k_"д" = 30/d_"шп"$;\
  $k_"зам"$ — коэффициент учета потерь времени на замену бурового инструмента, принимают $k_"зам"$ = 0,6…0,8;\
  $k_"всп"$ — коэффициент учета потерь времени на вспомогательные операции при перемещении машины от шпура к шпуру, включая забуривание, принимают $k_"всп"$ = 0,8…0,9.
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.4fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr, 0.6fr),
    table.header([$f$], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]),
    [$V_"м"$, м/мин], [2,20], [2,00], [1,80], [1,65], [1,50], [1,35], [1,20], [1,10], [1,00],
  ),
  caption: [Зависимость механической скорости бурения от коэффициента крепости породы],
) <laba7-t2>
]

Эксплуатационная производительность бурильной установки:

$ P_"б"^"э" = 60 dot P_"б"^"т" dot k_"од" dot k_"над" dot k_"пр" dot m_"б", "м/ч" $ <laba7-f72>

#block(breakable: false)[
#где[
  где $k_"од"$ — коэффициент одновременности работы бурильных машин, принимают $k_"од"$ = 0,7…0,8 при 2–3 машинах и $k_"од"$ = 0,5…0,6 при 4–6 машинах;\
  $k_"над"$ — коэффициент надежности бурильных машин, принимают $k_"над"$ = 0,8…0,9;\
  $k_"пр"$ — коэффициент потерь времени по организационно-техническим причинам, $k_"пр"$ = 0,75…0,9;\
  $m_"б"$ — количество бурильных машин на установке (агрегате).
]
]

== Погрузка породы в забое

При проведении выработок буровзрывным способом возникает необходимость погрузки отбитой руды и породы в транспортные средства. Это один из наиболее трудоемких и продолжительных рабочих процессов проходческого цикла. Этот процесс механизирован с помощью различных погрузочных машин и скреперных комплексов.

По принципу работы погрузочные машины для горизонтальных выработок подразделяются на машины непрерывного и периодического действия. Общие виды погрузочных машин периодического и непрерывного действия приведены на #vref(<laba7-ris2>, "и"), классификация погрузочных машин — на #vref(<laba7-ris3>, "и").

#figure(
  image("/assets/images/laba7-pogruzochnye-mashiny.png", width: 42%),
  caption: [Общие виды погрузочных машин периодического и непрерывного действия: а — погрузочная машина периодического действия ППН-1С; б — погрузочная машина непрерывного действия ПНБ-3],
) <laba7-ris2>

#figure(
  image("/assets/images/laba7-klassifikaciya-pogruzchikov.png", width: 78%),
  caption: [Классификация погрузочных машин],
) <laba7-ris3>

Тоннельные экскаваторы. В выработках большого поперечного сечения для погрузки породы можно применять полноповоротные одноковшовые экскаваторы на гусеничном ходу. Габариты и конструкция таких экскаваторов приспособлены для работы в подземной выработке. Для этого укорачивают стрелу, которой иногда придают изогнутую Г-образную форму, уменьшают длину корпуса машины и увеличивают противовес.

Примером специального тоннельного экскаватора является экскаватор Э-7515 (#vref(<laba7-ris4>, "р")), который предназначен для погрузки породы крупностью до 650 мм при проходке выработок сечением более 40 м² и шириной не менее 5,5 м.

#figure(
  image("/assets/images/laba7-ekskavator-e7515.png", width: 40%),
  caption: [Тоннельный экскаватор Э-7515: 1 — напорный механизм; 2 — стрела прямой лопаты; 3 — ковш с рукоятью; 4 — ходовая тележка; 5 — корпус],
) <laba7-ris4>

В выработках высотой не менее 5 м и шириной не менее 10 м можно применять экскаватор ЭП-1, созданный для погрузки скальной породы крупностью до 900 мм на подземных работах в горной промышленности. Основные характеристики экскаваторов Э-7515 и ЭП-1 приведены в #vref(<laba7-t3>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (2.2fr, 1fr, 1fr),
    table.header([Показатель], [Э-7515], [ЭП-1]),
    [Емкость ковша, м³], [0,75], [1,0],
    [Число циклов в минуту], [2], [3],
    [Наибольший радиус черпания, м], [5,5], [8,5],
    [Наибольший радиус разгрузки, м], [4,5], [7,2],
    [Наибольшая высота разгрузки, м], [4,7], [5,1],
    [Масса, т], [17,0], [35,6],
    [Теоретическая производительность, м³/ч], [90], [180],
  ),
  caption: [Основные характеристики экскаваторов],
) <laba7-t3>
]

Техническую производительность подземных (тоннельных) экскаваторов определяют по формуле

$ P_"э"^"т" = (60 dot E dot k_"н")/t_"ц", "м"^3/"ч" $ <laba7-f73>

#где[
  где $E$ — вместимость ковша экскаватора, м³;\
  $k_"н"$ — коэффициент наполнения ковша, принимают: при мелкой фракции (до 100 мм) — 0,95…1,00; при крупной (крупнее 400 мм) — 0,75…0,80;\
  $t_"ц"$ — время цикла черпания, равное 30…45 с.
]

Техническая производительность погрузочных машин типа ПНБ и ППН принимается по характеристикам конкретных машин, которые представлены в #vref(<laba7-t4>, "п").

#[#show table: set text(size: 8pt)
#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.7fr, 0.7fr, 0.7fr, 0.7fr, 0.7fr, 0.7fr, 0.75fr, 0.7fr, 0.75fr, 0.75fr),
    inset: (x: 1.2mm, y: 1.4mm),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 3)[Параметры],
      table.cell(colspan: 5)[Машины периодического действия],
      table.cell(colspan: 4)[Машины непрерывного действия ступенчатой погрузки для горизонтальных выработок],
      table.cell(colspan: 4)[Прямой погрузки для горизонтальных выработок],
      [Ступенчатой погрузки для наклонных выработок],
      table.cell(rowspan: 2)[*ПНБ-2*], table.cell(rowspan: 2)[*2ПНБ-2*], table.cell(rowspan: 2)[*ПНБ-3Д*], table.cell(rowspan: 2)[*ПНБ-4*],
      [*ППН-1С*], [*ППН-2Г*], [*ППН-3*], [*1ППН-5*], [*ППМ-4У*],
    ),
    [Производительность техническая, м³/мин], [0,8], [1,0], [1,25], [1,25], [1,25], [2,2], [2,5], [4], [6],
    [Установленная мощность, кВт (л.с.)], [(24)], [(50)], [(52)], [21,5], [21,5], [31], [70], [114], [142],
    [Емкость ковша, м³], [0,2], [0,32], [0,5], [0,32], [0,32], [–], [–], [–], [–],
    [Наибольший размер погружаемого куска, мм], [200], [400], [600], [400], [400], [400], [500], [600], [800],
    [Высота разгрузки, мм], [1300], [1500], [1650], [1450], [1450], table.cell(colspan: 4)[Не ограничена],
    [Фронт погрузки, мм], [2200], [–], [3200], [4000], [4000], table.cell(colspan: 4)[Не ограничен],
    [Габаритные размеры, мм: длина], [2250], [2600], [–], [7435], [8200], [7800], [7800], [9000], [10000],
    [ширина], [1250], [1450], [1500], [1400], [1800], [1600], [1800], [2700], [2700],
    [высота транспортная], [1500], [1750], [1800], [1725], [1725], [1250], [1450], [1900], [2000],
    [высота максимальная], [2250], [2250], [2800], [2250], [2250], [2300], [2600], [3400], [3900],
    [Масса, т], [3,5], [5], [6,8], [9,23], [10], [7], [11,8], [26], [34],
  ),
  caption: [Характеристики погрузочных машин типа ПНБ и ППН],
) <laba7-t4>
]
]

Эксплуатационная производительность погрузочной машины:

$ P_"п"^"э" = (60 dot q_"в")/(q_"в" dot k_"м" dot k_"р"/(P_"п"^"т" dot k_"нр" dot k_"н") + (2 dot l_"о")/V_"о" + t_"сц" + t_"под"/m_"с"), "м"^3/"ч" $ <laba7-f74>

#где[
  где $q_"в"$ — емкость кузова вагона (самосвала), м³;\
  $P_"п"^"т"$ — техническая производительность погрузочной машины, м³/мин;\
  $k_"м"$ — коэффициент учета времени на маневры и остановки во время работы;\
  $k_"р"$ — коэффициент разрыхления породы, принимается по #vref(<laba7-t5>, "д");\
  $k_"нр"$ — коэффициент неравномерности разброса породы при взрыве, принимают 0,85…0,90;\
  $k_"н"$ — коэффициент надежности погрузочной машины, принимают 0,65…0,85;\
  $l_"о"$ — расстояние откатки от погрузочной машины до пункта обмена вагонов (разминовки), обычно принимают 50…100 м;\
  $V_"о"$ — средняя скорость движения транспорта у забоя, обычно принимают 80…100 м/мин;\
  $t_"сц"$ — время на прицепку и расцепку вагонов с погрузочной машиной (для машин типа ППН), обычно принимают 1…2 мин;\
  $t_"под"$ — время, затрачиваемое на смену составов вагонов, обычно принимают 5…10 мин;\
  $m_"с"$ — число вагонов в составе, принимают из расчета максимального веса груза, возможного для откатки (формула #eqref(<laba7-f78>)).
]

Коэффициент учета времени на маневры и остановки $k_"м"$ принимают равным 1,0 — при погрузке в один вагон, 1,05…1,1 — в автосамосвал, 1,15…1,2 — в состав вагонов.

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.2fr, 0.8fr, 0.8fr, 0.8fr, 0.9fr, 0.9fr, 0.9fr),
    table.header([$f$], [1…2], [2…3], [4…6], [7…9], [10…14], [15…20]),
    [$k_"р"$], [1,7], [1,8], [1,9], [2,0], [2,1], [2,2],
  ),
  caption: [Зависимость коэффициента разрыхления от крепости породы],
) <laba7-t5>
]

== Откатка руды из забоя

Доставка электровозами. Наиболее распространенным видом локомотивов являются электровозы. По способу питания (#vref(<laba7-ris5>, "р")) их делят на контактные (КР, К) и аккумуляторные (АРП, АРВ). Контактные электровозы получают ток от контактного (троллейного) провода и рельсовых путей, а аккумуляторные питаются от аккумуляторных батарей, располагающихся на самом электровозе или прицепленном к нему тендере.

#figure(
  image("/assets/images/laba7-elektrovoznaya-ottkatka.png", width: 58%),
  caption: [Схема электровозной откатки: а — откатка контактным электровозом; б — откатка аккумуляторным электровозом; 1 — питающий кабель; 2 — контактный провод; 3 — контактный электровоз; 4 — рельсы; 5 — кабель высокого напряжения; 6 — трансформатор; 7 — выпрямитель; 8 — камера подстанции; 9 — аккумуляторный электровоз; 10 — зарядная камера; 11 — зарядный стол; 12 — аккумуляторная батарея],
) <laba7-ris5>

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (0.9fr, 1.1fr, 0.7fr, 0.7fr, 0.7fr, 1fr, 0.9fr, 0.8fr),
    inset: (x: 2mm, y: 1.8mm),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Тип],
      table.cell(rowspan: 2)[Масса, т (сцепной вес, кН)],
      table.cell(colspan: 3)[Габариты, мм],
      table.cell(rowspan: 2)[Ширина колеи, мм],
      table.cell(rowspan: 2)[Тип двигателя],
      table.cell(rowspan: 2)[Мощность, кВт],
      [*длина*], [*ширина*], [*высота*],
    ),
    [4КР], [4 (40)], [3120], [1300], [1515], [600 (750)], [ДТН12], [2×12],
    [7КРМ1], [7,9 (79)], [4600], [1500], [–], [600 (750, 900)], [ДТН33], [2×33],
    [К10], [10,6 (106)], [4920], [1350], [–], [600 (750, 900)], [ДТН33], [2×33],
    [К14М], [14 (140)], [5210], [1650], [–], [750 (900)], [ДТН4Б], [2×46],
    [КТ14], [14 (140)], [5800], [1350], [–], [600 (750, 900)], [ДТН45], [2×46],
    [АРВ7], [7 (70)], [4200], [1350], [1450], [750 (900)], [ДРТ12], [2×10],
    [АМ8Д], [8,7 (87)], [4515], [1345], [1415], [600 (750, 900)], [ДРТВМ], [2×13],
    [АРП10Б], [10,4 (104)], [5500], [1060], [1500], [600 (750, 900)], [ДРТ23,5], [2×23,5],
    [АРП14], [13,4 (134)], [5850], [1350], [1650], [900], [ДРТ23,5], [2×23,5],
  ),
  caption: [Технические характеристики рудничных электровозов],
) <laba7-t6>
]

Грузовые вагонетки по своему конструктивному оформлению и способу разгрузки насыпных грузов делятся на следующие типы:

- вагонетки с глухим кузовом (тип ВГ), у которых кузов жестко прикреплен к раме;
- вагонетки с донной разгрузкой (ВД, ВДК), имеющие более сложную конструкцию, чем вагонетка ВГ, однако позволяющие использовать более совершенный и производительный способ разгрузки;
- опрокидные вагонетки ВО, у которых кузов выполнен с консольными осями на торцевых стенках вагонетки, сопряженных подвижно с втулками опорных кронштейнов для кузова; в транспортном положении кузов закрепляется неподвижно;
- специальные типы вагонеток, предназначенные для транспортирования в основном штучных грузов в виде пакетов и контейнеров с взрывчатыми, длинномерными материалами, большегрузного оборудования, арочного крепления;
- пассажирские вагонетки, предназначенные для перевозки рабочего персонала к месту производства работ.

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1fr, 1.1fr, 1.2fr, 1.2fr, 1fr, 1.1fr, 0.9fr),
    inset: (x: 2mm, y: 1.8mm),
    table.header(
      table.cell(rowspan: 2)[Тип и типоразмер],
      table.cell(rowspan: 2)[Вместимость кузова, м³],
      table.cell(rowspan: 2)[Грузоподъемность, т],
      table.cell(rowspan: 2)[Колея, мм],
      table.cell(rowspan: 2)[Длина по буферам, мм],
      table.cell(rowspan: 2)[Ширина кузова, мм],
      table.cell(rowspan: 2)[Масса, кг],
    ),
    [ВГ0.7], [0,7], [1,8], [600], [1250], [850], [550],
    [ВГ1.2], [1,2], [2,5], [600 (750)], [1850], [1000], [807],
    [ВГ2.0], [2,0], [5,0], [750 (900)], [3070], [1250], [1510],
    [ВГ2.2], [2,2], [5,5], [600 (750)], [2950], [1200], [1450],
    [ВГ4.5А], [4,5], [13,5], [750], [4100], [1350], [4200],
    [ВГ9А], [9,0], [27,0], [750 (900)], [8000], [1350], [8900],
    [ВГ10А], [10,0], [30,0], [750 (900)], [7300], [1800], [9500],
    [ВО-0.4], [0,4], [1], [600], [1300], [870], [490],
    [ВО-0.8], [0,8], [2], [600 (750)], [1900], [1000], [650],
  ),
  caption: [Технические характеристики грузовых вагонеток],
) <laba7-t7>
]

Вид транспорта для откатки породы из забоя принимают исходя из размеров и уклона выработки, производительности проходческого оборудования, длины откатки и принятой технологии работ. При длине тоннеля свыше 2 км и уклоне до 20 ‰ целесообразен рельсовый транспорт. В более коротких тоннелях и при уклонах свыше 20 ‰ используют безрельсовый транспорт.

Если транспорт составлен из вагонов, собранных в состав, то необходимо рассчитать вес состава вагонов, возможный для отвозки электровозами.

Максимальный вес груженого состава:

- по условию сцепления колес электровоза с рельсами при трогании с места

$ Q_"гр" = [(1000 dot psi' dot G_"с")/(omega'_"гр" + i + 110 dot a)] − G_"с" $ <laba7-f75>

- по условию торможения груженого состава на среднем уклоне

$ Q_"гр" = [(1000 dot psi'' dot G_"с")/(−omega''_"гр" + i + 110 dot a_"т")] − G_"с" $ <laba7-f76>

#где[
  где $G_"с"$ — сцепной вес электровоза, кН;\
  $psi'$ — коэффициент сцепления колес с рельсами при трогании, принимают равным 0,25 ($psi''$ при движении — 0,17); удельные величины в знаменателе выражены в Н/кН;\
  $omega'_"гр"$ — удельное сопротивление груженой вагонетки при трогании, принимают равным (1,5…2)·$omega''_"гр"$;\
  $omega''_"гр"$ — то же при движении, принимают 5…8 Н/кН;\
  $i$ — средний уклон тоннеля, ‰ (численно равен Н/кН);\
  $a$ — пусковое ускорение, принимают равным 0,03…0,05 м/с²;\
  $a_"т"$ — тормозное замедление, м/с², определяемое в зависимости от скорости транспорта в начале торможения $v_"т"$, которая не должна превышать 2…3 м/с, и длины пути торможения $l_"т"$, которая при движении на руководящем спуске не должна быть более 10 м:
]

$ a_"т" = v_"т"^2/(2 dot l_"т") $ <laba7-f77>

Для расчета принимают минимальное значение $Q_"гр"$, полученное из двух условий движения.

Максимально возможное число вагонов, отвозимых электровозом:

$ m_"с" = Q_"гр"/(q_"г" + q_"т") $ <laba7-f78>

#где[
  где $q_"г"$ — вес груза в вагоне, кН;\
  $q_"т"$ — вес вагона (тары), кН.
]

Общая продолжительность рейса транспорта при откатке породы в отвал из забоя:

$ T_"р" = t_"п" + t_"дв" + t_"р" + t_"м" $ <laba7-f79>

#где[
  где $t_"п"$ — полное время погрузки состава вагонов (самосвала), мин:\
]

$ t_"п" = (60 dot q_"в" dot η dot m_"с")/(P_"п"^"э") $ <laba7-f710>

#где[
  $η$ — коэффициент наполнения кузова вагона, принимают 0,9…0,95;\
  $t_"дв"$ — время движения от забоя до отвала и обратно, мин:\
]

$ t_"дв" = (2 dot L_"от")/(V_"ср") $ <laba7-f711>

#где[
  где $L_"от"$ — среднее расстояние от забоя до отвала, м;\
  $V_"ср"$ — средняя скорость движения транспорта, обычно принимают 150…250 м/мин;\
  $t_"р"$ — время разгрузки для состава вагонов (самосвала), мин:\
]

$ t_"р" = (2…3) dot m_"с" $ <laba7-f712>

#где[
  где $t_"м"$ — время на маневры и остановки в течение рейса, для самосвалов принимают 2…4 мин, для состава вагонов — 5…10 мин.
]

Количество составов вагонов (самосвалов), необходимых для обеспечения непрерывной работы погрузочных машин:

$ m_"т" = (T_"р" dot m_"п")/t_"п" $ <laba7-f713>

#где[
  где $m_"п"$ — число погрузочных машин в забое.
]

Потребное число рейсов для вывозки породы за цикл:

$ z_"п" = (S dot l_"зах" dot k_"р")/(q_"в" dot m_"с") $ <laba7-f714>

#где[
  где $l_"зах"$ — длина заходки, м (ориентировочно принимается равной глубине шпуров).
]

== Проветривание забоя при проходке

Для выбора схемы вентиляции при проходке тоннеля учитывают способ разработки породы в забое и вид применяемого транспорта (#vref(<laba7-ris6>, "и")). При буровзрывных работах, применении тоннелепроходческих машин и рельсового транспорта используют вытяжную схему, при буровзрывных работах и автотранспорте — комбинированную (при взрыве — вытяжную, при погрузке породы — приточную), при тоннелепроходческих машинах и автотранспорте — тоже комбинированную (у забоя — вытяжную, по тоннелю — приточную).

#figure(
  image("/assets/images/laba7-shema-ventilyacii.png", width: 60%),
  caption: [Схема вентиляции при проходке тоннеля: а — приточная; б — вытяжная; в — комбинированная; 1 — вентиляторы; 2 — трубопровод; 3 — перемычка],
) <laba7-ris6>

Необходимое количество воздуха для проветривания должно определяться с учетом следующих факторов: по наибольшему числу людей, находящихся одновременно в тоннеле; по минимальной скорости движения воздуха в тоннеле; по количеству ядовитых газов, образующихся при производстве взрывных работ; по количеству вредных газов, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания и при производстве электросварочных работ.

Необходимое количество воздуха для проветривания:

- при взрывных работах у забоя

$ Q_"в" = 4","715 dot (l_"с" dot S/t) dot lg(a dot l_"шп" dot ρ/sqrt(S)), "м"^3/"с" $ <laba7-f715>

#где[
  где $l_"с"$ — максимально допустимое расстояние от конца вентиляционной трубы до забоя, определяемое по формуле\
]

$ l_"с" = 18","7 dot sqrt(S) dot root(3, ω/S), "м" $ <laba7-f716>

#где[
  где $S$ — площадь сечения выработки, м²;\
  $ω$ — площадь сечения вентиляционной трубы, м²;\
  $t$ — время проветривания, с;\
  $a$ — коэффициент, равный 26 при $S$ = 12…40 м² и 48 при $S$ = 41…95 м²;\
  $l_"шп"$ — глубина шпура, м;\
  $ρ$ — плотность породы, т/м³;
]

- при движении автомобилей по тоннелю

$ Q_"т" = 0","625 dot k_"нк" dot [1","2 dot m_"а" + 2","24 dot (L/(t_"п" dot V_"а") + 0","25)], "м"^3/"с" $ <laba7-f717>

#где[
  где $k_"нк"$ — коэффициент неравномерной концентрации вредных газов, принимают 1,3 при $L$ ≥ 2 км и 1,7 при $L$ < 2 км;\
  $m_"а"$ — число машин, находящихся в забое, ед.;\
  $L$ — длина тоннеля, м;\
  $t_"п"$ — продолжительность погрузки, принимаемая по формуле #eqref(<laba7-f710>), с;\
  $V_"а"$ — скорость движения машин, м/с;
]

- по наибольшему количеству людей, одновременно находящихся в забое

$ Q_"л" = 0","1 dot n dot z, "м"^3/"с" $ <laba7-f718>

#где[
  где $n$ — наибольшее число людей в забое, обычно принимаемое равным удвоенному числу проходчиков в смене;\
  $z$ — коэффициент запаса воздуха, принимают 1,2…1,5;
]

- по минимальной скорости движения воздуха в тоннеле

$ Q_"с" = (0","10…0","15) dot S, "м"^3/"с" $ <laba7-f719>

Затем сравнивают полученные объемы воздуха по этим формулам и наибольший объем принимают за расчетный $Q_"р"$. Для подачи воздуха применяют вентиляторы местного проветривания типа ВМ и СВМ, металлические, прорезиненные или полимерные трубы. Подбор вентиляторов осуществляют в зависимости от необходимой производительности и напора вентилятора. Производительность принимают с учетом 5…10 % запаса от требуемого объема воздуха.

Требуемый напор, создаваемый вентилятором:

$ h = 65 dot α dot l dot Q_"р"^2 dot ε/d^5, "Па" $ <laba7-f720>

#где[
  где $l$ — длина воздуховода между смежными вентиляторами, обычно составляет 50…100 м;\
  $ε$ — коэффициент местных сопротивлений в тройниках, отводах, коленах и т. п., принимаемый в пределах 1,1…1,3;\
  $d$ — диаметр воздуховода, м;\
  $α$ — коэффициент трения в трубах, принимают по #vref(<laba7-t8>, "д").
]

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (1.4fr, 0.9fr, 0.9fr, 0.9fr, 0.9fr),
    table.header([$d$, м], [0,4], [0,5], [0,6], [0,7]),
    [$α$], [0,00030], [0,00025], [0,00022], [0,00020],
  ),
  caption: [Зависимость коэффициента трения от диаметра трубы воздуховода],
) <laba7-t8>
]

= Ход работы

Исходные данные для расчета приведены в #vref(<laba7-t9>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (2.6fr, 1.6fr),
    table.header([Величина], [Значение]),
    [Коэффициент крепости породы $f$], [8],
    [Плотность горной массы, т/м³], [2,1],
    [Фракция породы], [крупная],
    [Средний уклон тоннеля, ‰], [4],
    [Площадь сечения выработки, м²], [27],
    [Тип бурильной установки], [БКГ-2 (УБШ 309)],
    [Глубина бурения шпура, м], [2,4],
    [Диаметр шпура, мм], [43],
    [Тип погрузочной машины], [ППН-3],
    [Тип доставочной машины], [электровоз КТ14, вагонетка ВГ4.5А],
    [Среднее расстояние от забоя до отвала, м], [2150],
    [Диаметр вентиляционной трубы, м], [0,6],
    [Время проветривания, с], [3000],
    [Число проходчиков в смене, чел.], [3],
  ),
  caption: [Исходные данные],
) <laba7-t9>
]

Тип доставочной машины принят по заданию — рудничный контактный электровоз КТ14 с вагонетками ВГ4.5А; рельсовая откатка соответствует условиям задания (расстояние свыше 2 км при уклоне 4 ‰ < 20 ‰). Параметры приняты по #vref(<laba7-t6>, "п") и #vref(<laba7-t7>, "п"): сцепной вес $G_"с"$ = 140 кН; вместимость вагонетки 4,5 м³, масса 4,2 т.

1\. Расчет производительности бурильных машин. По #vref(<laba7-t2>, "д") при $f$ = 8 механическая скорость бурения $V_"м"$ = 1,20 м/мин. Коэффициент учета диаметра шпура при бурении машиной ГП-1:

$ k_"д" = 30/43 = 0","70 $

Техническая производительность бурильной машины по формуле #eqref(<laba7-f71>) при $k_"зам"$ = 0,7 и $k_"всп"$ = 0,85:

$ P_"б"^"т" = 1","20 dot 0","70 dot 0","7 dot 0","85 = 0","50 "м/мин" $ <laba7-r-pbt>

Установка БКГ-2 имеет две бурильные машины ($m_"б"$ = 2, #vref(<laba7-t1>, "д")). Эксплуатационная производительность бурильной установки по формуле #eqref(<laba7-f72>) при $k_"од"$ = 0,8, $k_"над"$ = 0,9, $k_"пр"$ = 0,8:

$ P_"б"^"э" = 60 dot 0","50 dot 0","8 dot 0","9 dot 0","8 dot 2 = 34","6 "м/ч" $ <laba7-r-pbe>

Площадь обуривания забоя установкой БКГ-2 по #vref(<laba7-t1>, "д") составляет 22 м², что меньше заданного сечения 27 м² (несоответствие в исходных данных задания); в расчете оно не участвует, так как производительность бурильной машины определяется крепостью породы и диаметром шпура.

2\. Погрузка породы в забое. Техническая производительность погрузочной машины ППН-3 по #vref(<laba7-t4>, "д") составляет $P_"п"^"т"$ = 1,25 м³/мин.

Максимальный вес груженого состава по условию сцепления при трогании по формуле #eqref(<laba7-f75>) при $G_"с"$ = 140 кН, $omega'_"гр"$ = 12 Н/кН (1,5·$omega''_"гр"$ = 1,5·8), $a$ = 0,04 м/с², $i$ = 4 Н/кН:

$ Q_"гр" = frac(1000 dot 0","25 dot 140, 12 + 4 + 110 dot 0","04) − 140 = frac(35000, 20","4) − 140 = 1575","7 "кН" $ <laba7-r-q5>

Тормозное замедление по формуле #eqref(<laba7-f77>) при скорости в начале торможения $v_"т"$ = 2 м/с и пути торможения $l_"т"$ = 10 м:

$ a_"т" = 2^2/(2 dot 10) = 0","2~"м/с"^2 $

Максимальный вес груженого состава по условию торможения по формуле #eqref(<laba7-f76>) при $omega''_"гр"$ = 8 Н/кН:

$ Q_"гр" = (1000 dot 0","17 dot 140)/(−8 + 4 + 110 dot 0","2) − 140 = 23800/18 − 140 = 1182","2 "кН" $ <laba7-r-q6>

Для дальнейшего расчета принято минимальное значение $Q_"гр"$ = 1182,2 кН.

Вес груза в вагонетке ВГ4.5А и вес тары (при плотности горной массы 2,1 т/м³):

$ q_"г" = 4","5 dot 2","1 dot 9","81 = 92","7 "кН"; quad q_"т" = 4","2 dot 9","81 = 41","2 "кН" $

Максимально возможное число вагонов в составе по формуле #eqref(<laba7-f78>):

$ m_"с" = frac(1182","2, 92","7 + 41","2) = 8","8 ≈ 8 "вагонов" $ <laba7-r-z>

Эксплуатационная производительность погрузочной машины по формуле #eqref(<laba7-f74>) при $k_"м"$ = 1,2 (состав вагонов), $k_"р"$ = 2,0 (#vref(<laba7-t5>, "д"), $f$ = 8), $k_"нр"$ = 0,9, $k_"н"$ = 0,85, $l_"о"$ = 100 м, $V_"о"$ = 80 м/мин, $t_"сц"$ = 1,5 мин, $t_"под"$ = 10 мин:

$ P_"п"^"э" = frac(60 dot 4","5, (4","5 dot 1","2 dot 2","0)/(1","25 dot 0","9 dot 0","85) + (2 dot 100)/80 + 1","5 + 10/8) = frac(270, 11","29 + 5","25) = 16","3 "м"^3/"ч" $ <laba7-r-ppe>

3\. Откатка породы. Полное время погрузки состава по формуле #eqref(<laba7-f710>) при $η$ = 0,9:

$ t_"п" = frac(60 dot 4","5 dot 0","9 dot 8, 16","3) = frac(1944, 16","3) = 119","3 "мин" $ <laba7-r-tp>

Время движения от забоя до отвала и обратно по формуле #eqref(<laba7-f711>) при $V_"ср"$ = 200 м/мин:

$ t_"дв" = (2 dot 2150)/200 = 21","5 "мин" $ <laba7-r-tdv>

Время разгрузки состава по формуле #eqref(<laba7-f712>):

$ t_"р" = 2 dot 8 = 16 "мин" $ <laba7-r-tr>

Общая продолжительность рейса по формуле #eqref(<laba7-f79>) при $t_"м"$ = 10 мин:

$ T_"р" = 119","3 + 21","5 + 16 + 10 = 166","8 "мин" $ <laba7-r-trp>

Количество составов, необходимых для непрерывной работы погрузочной машины, по формуле #eqref(<laba7-f713>) при одной погрузочной машине в забое:

$ m_"т" = frac(166","8 dot 1, 119","3) = 1","4 ≈ 2 "состава" $ <laba7-r-ns>

Потребное число рейсов для вывозки породы за цикл по формуле #eqref(<laba7-f714>) при длине заходки, равной глубине шпуров ($l_"зах"$ = 2,4 м):

$ z_"п" = (27 dot 2","4 dot 2","0)/(4","5 dot 8) = frac(129","6, 36) = 3","6 ≈ 4 "рейса" $ <laba7-r-nr>

4\. Расчет системы вентиляции забоя. Площадь сечения вентиляционной трубы:

$ ω = (3","14 dot (0","6)^2)/4 = 0","28~"м"^2 $

Максимально допустимое расстояние от конца вентиляционной трубы до забоя по формуле #eqref(<laba7-f716>):

$ l_"с" = 18","7 dot sqrt(27) dot root(3, (0","28/27)) = 18","7 dot 5","196 dot 0","218 = 21","2 "м" $ <laba7-r-ls>

Количество воздуха при взрывных работах по формуле #eqref(<laba7-f715>) (коэффициент $a$ = 26, так как $S$ = 27 м² находится в диапазоне 12…40 м²):

$ Q_"в" = 4","715 dot (21","2 dot 27)/3000 dot lg((26 dot 2","4 dot 2","1)/sqrt(27)) = 4","715 dot 0","191 dot 1","402 = 1","26 "м"^3/"с" $ <laba7-r-qz>

Количество воздуха при движении машин по тоннелю по формуле #eqref(<laba7-f717>) при одной машине в забое, $k_"нк"$ = 1,3 ($L$ = 2150 м ≥ 2 км), $V_"а"$ = 3 м/с и продолжительности погрузки $t_"п"$ = 119,3 мин = 7158 с:

$ Q_"т" = 0","625 dot 1","3 dot (1","2 dot 1 + 2","24 dot (2150/(7158 dot 3) + 0","25)) = 1","61 "м"^3/"с" $ <laba7-r-qav>

Количество воздуха по числу людей (наибольшее число людей в забое — удвоенному числу проходчиков: $n$ = 6) по формуле #eqref(<laba7-f718>) при $z$ = 1,35:

$ Q_"л" = 0","1 dot 6 dot 1","35 = 0","81 "м"^3/"с" $ <laba7-r-ql>

Количество воздуха по минимальной скорости движения воздуха по формуле #eqref(<laba7-f719>):

$ Q_"с" = 0","10 dot 27 = 2","7 "м"^3/"с" $ <laba7-r-qsk>

Наибольшее количество воздуха требуется по условию минимальной скорости движения воздуха: принимается расчетный расход $Q_"р"$ = 2,7 м³/с. Производительность вентилятора с учетом 10 % запаса:

$ Q_"вент" = 1","1 dot 2","7 = 2","97 "м"^3/"с" $ <laba7-r-qvent>

Требуемый напор вентилятора по формуле #eqref(<laba7-f720>) при $α$ = 0,00022 (#vref(<laba7-t8>, "д")), $l$ = 75 м, $ε$ = 1,2:

$ h = (65 dot 0","00022 dot 75 dot 2","7^2 dot 1","2)/(0","6)^5 = 120","7 "Па" $ <laba7-r-hv>

Основные результаты расчета сведены в #vref(<laba7-t10>, "п").

#block(breakable: false)[
#figure(
  table(
    columns: (2.4fr, 1fr, 1.4fr),
    table.header([Параметр], [Обозначение], [Значение]),
    [Механическая скорость бурения], [$V_"м"$], [1,20 м/мин],
    [Техническая производительность бурильной машины], [$P_"б"^"т"$], [0,50 м/мин],
    [Эксплуатационная производительность установки], [$P_"б"^"э"$], [34,6 м/ч],
    [Техническая производительность ППН-3], [$P_"п"^"т"$], [1,25 м³/мин],
    [Максимальный вес состава по сцеплению], [$Q_"гр"$], [1575,7 кН],
    [Максимальный вес состава по торможению], [$Q_"гр"$], [1182,2 кН],
    [Число вагонов ВГ4.5А в составе], [$m_"с"$], [8],
    [Эксплуатационная производительность погрузки], [$P_"п"^"э"$], [16,3 м³/ч],
    [Время погрузки состава], [$t_"п"$], [119,3 мин],
    [Продолжительность рейса], [$T_"р"$], [166,8 мин],
    [Число составов], [$m_"т"$], [2],
    [Потребное число рейсов за цикл], [$z_"п"$], [4],
    [Расстояние от трубы до забоя], [$l_"с"$], [21,2 м],
    [Расчетный расход воздуха], [$Q_"р"$], [2,7 м³/с],
    [Производительность вентилятора], [$Q_"вент"$], [2,97 м³/с],
    [Требуемый напор вентилятора], [$h$], [120,7 Па],
  ),
  caption: [Основные результаты расчета],
) <laba7-t10>
]

*Вывод:* в ходе выполнения работы для выработки сечением 27 м² в породах с коэффициентом крепости $f$ = 8 подобрано и рассчитано проходческое оборудование: бурильная установка БКГ-2 эксплуатационной производительностью 34,6 м/ч, погрузочная машина ППН-3 (техническая производительность 1,25 м³/мин, эксплуатационная — 16,3 м³/ч); электровозом КТ14 за рейс откатывается состав из 8 вагонеток ВГ4.5А продолжительностью рейса 166,8 мин, для вывозки породы за цикл требуется 4 рейса двух составов; для проветривания забоя необходим расчетный расход воздуха 2,7 м³/с (по условию минимальной скорости движения воздуха), развиваемый вентилятором производительностью 2,97 м³/с с напором 120,7 Па.