Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ мирового опыта использования подземного пространства 12
1.1. Использование естественных полостей (пещер) в хозяйственных целях 15
1.2. Использование подземных выработанных пространств действующих и законсервированных горных предприятий 19
1.3. Анализ опыта строительства и эксплуатации подземных сооружений 30
1.4. Цель, задачи и методы исследований 59
Глава 2. Анализ основных факторов, предопределяющих выбор рациональных параметров выработок подземных сооружений 65
2.1. Анализ влияния горно-геологических условий и технологических факторов на параметры выработок подземных сооружений 65
2.2. Анализ параметров транспортных выработок рудников и подземных сооружений и их транспортных схем 69
2.2.1. Особенности параметров выработок естественного пространства и их транспортных систем 70
2.2.2. Анализ параметров выработок и транспортных схем при освоении выработанного пространства подземных рудников 72
2.2.3. Исследование параметров выработок подземных сооружений и их транспортных схем 83
2.3. Технологические транспортные схемы подземных сооружений 88
2.3.1. Технологические транспортные схемы при освоении естественного подземного пространства 100
2.3.2. Технологические транспортные схемы при освоении выработанного пространства горных предприятий 102
2.3.3. Технологические транспортные схемы на поверхности и под землей для обеспечения подземных сооружений 115
2.4. Типовые технологические схемы выработок подземных сооружений в условиях горной местности 119
Глава 3. Исследование условий проветривания естественного и геотехногенного подземных пространств в условиях горной местности 136
3.1. Способы и схемы проветривания рудников и подземных сооружений 136
3.2. Влияние условий и требований к проветриванию выработок подземных сооружений на выбор их рациональных параметров и вентиляционных схем 163
3.3. Естественная тяга и ее влияние на проветривание подземных сооружений 171
3.4. Влияние условий проветривания на выбор схем и параметров транспортных выработок подземных сооружений 177
Глава 4. Обоснование параметров выработок подземных сооружений в условиях горной местности 184
4.1. Горно-геологические и горнотехнические факторы, учитываемые при обосновании параметров выработок подземных сооружений и их транспортных схем 184
4.2. Обоснование рациональных параметров транспортных выработок с учетом применяемых транспортных схем, величин грузопотоков и ярусности подземных сооружений 194
4.3. Учет условий и особенностей проветривания и обеспечение безопасной эксплуатации подземных сооружений 215
Глава 5. Методические принципы, методика обоснования и методы определения параметров выработок подземных сооружений с учетом их транспортных схем в условиях горной местности 223
5.1. Методические принципы обоснования и выбора рациональных параметров выработок подземных сооружений 223
5.2. Обоснование критерия оценки и выбора конкурирующих вариантов подземных и поверхностных сооружений 233
5.3. Методика и методы определения сравнительной экономической эффективности проектов подземных и поверхностных сооружений 239
5.3.1. Методы определения капитальных и эксплуатационных затрат на строительство и обслуживание поверхностных сооружений 240
5.3.2. Методы определения капитальных и эксплуатационных затрат на строительство и обслуживание выработок подземных сооружений 242
5.4. Количественный анализ основных факторов, определяющих эффективность вариантов подземного и поверхностного строительства 248
5.5. Установление области экономической эффективности вариантов параметров выработок подземных сооружений 273
Глава 6. Определение экономической эффективности строительства подземных сооружений в условиях города Владивосток 295
Заключение 314
Литература 318
Приложения 332
- Использование подземных выработанных пространств действующих и законсервированных горных предприятий
- Анализ параметров транспортных выработок рудников и подземных сооружений и их транспортных схем
- Влияние условий и требований к проветриванию выработок подземных сооружений на выбор их рациональных параметров и вентиляционных схем
- Обоснование рациональных параметров транспортных выработок с учетом применяемых транспортных схем, величин грузопотоков и ярусности подземных сооружений
Введение к работе
Развитие подземного строительства и освоение существующего естественного и техногенного подземного пространства во многих странах становится приоритетным направлением в области промышленного и хозяйственного строительства, утилизации отходов. Подземное пространство во многих государствах считается национальным достоянием.
Природные, горно-геологические, социально-экономические условия развития промышленных районов, наличие природных пещерных комплексов, простота технологических транспортных схем при разработке нагорной части месторождений полезных ископаемых предполагает приоритетное освоение естественного и техногенного пространства и ведение специализированного строительства подземных сооружений в условиях горной местности.
Экономически эффективная эксплуатация подземных сооружений промышленного, хозяйственного и социально-культурного назначения зависит от параметров и эксплуатационных характеристик транспортных, вентиляционных и других вспомогательных выработок, позволяющих за короткие промежутки времени осуществлять с минимальными затратами многотоннажные грузовые перевозки и доставку людей с поверхности в подземные сооружения и обратно.
Известно, что транспортные, вентиляционные и другие вспомогательные выработки достигают до 35 % и более от общего объема подземных сооружений. Капитальные затраты на проведение и оснащение этих выработок, их обслуживание в период эксплуатации подземного сооружения оказывают доминирующее влияние на экономическую эффективность его работы и конкурентоспособность. Поэтому разработка методических принципов оценки и выбора технологически совершенных и экономически эффективных транспортных схем и рациональных параметров транспортных и вентиляционных
выработок с учетом элементов подземных сооружений хозяйственного назначения в условиях горной местности имеет важное практическое значение.
Для решения вопросов формирования рациональных транспортных и вентиляционных схем с учетом конструктивных особенностей подземных сооружений в условиях горной местности необходимы: создание научно-методических основ, базирующихся на исследовании влияния горногеологических, горно-технологических и социально-экономических условий, рельефа местности, способа формирования подземного пространства, технологических требований к подземным сооружениям; разработка методов обоснования и выбора рациональных технологических транспортных схем и их параметров; установление области экономической эффективности вариантов технологических транспортных схем и их параметров при формировании грузопотоков подземных сооружений хозяйственного назначения в условиях горной местности с учетом эффективности их проветривания.
Цель работы заключается в создании научно-методологических основ установления рациональных параметров выработок подземных сооружений с учетом способа их эксплуатации, условий проветривания, транспортирования грузов для обеспечения экономической эффективности и безопасности их использования в горной местности.
Идея работы состоит в том, что параметры выработок должны устанавливаться на основе рационального сочетания схем и параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок подземных сооружений.
Методы исследований: включают научное обобщение, анализ проектных решений, отечественного и зарубежного опыта освоения естественного и техногенного подземного пространства и подземного строительства в условиях горной местности; расчетно-аналитический и графоаналитический методы исследований; метод вариантов; технико-экономическую оценку ре-
зультатов проведенных исследований с использованием экономико-математического моделирования и прикладных компьютерных программ. Научные положения, защищаемые в диссертационной работе:
Обоснование и выбор параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок следует осуществлять на основе комплексного учета природных, горно-геологических, горно-технологических и социально-экономических условий и факторов, способов формирования геотехногенного подземного пространства и вариантов его использования в условиях горной местности.
Установление параметров выработок и транспортных схем подземных сооружений при формировании их грузопотоков в условиях горной местности должно производиться на основе методических принципов и методики, позволяющих установить области допустимых вариаций этих параметров по качественным критериям путем экономико-математического моделирования.
Рациональные параметры транспортных выработок следует принимать с учетом требований к проветриванию подземного пространства, аэродинамического сопротивления воздухоподающих выработок и применяемых в них видов и типоразмеров транспортных средств.
Показатели использования объемов подземных сооружений целесообразно устанавливать с учетом назначения подземного пространства, возможности их повышения путем увеличения ярусности технологических камер и осуществления поэтапного строительства.
Рациональные транспортные схемы подземных сооружений в условиях горной местности следует выбирать на основе схемы формирования транспортных систем, основанной на признаках, характеризующих порядок формирования грузопотоков, и позволяющей принимать параметры транс-
портных выработок и варианты размещения технологических камер подземных сооружений с учетом способа использования подземного пространства.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: результатами анализа большого объема статистического материала, на основе которого получены зависимости и показатели, используемые в расчетных методах; строгим применением аналитического и графоаналитического методов; корректностью применения современных методов сравнительной экономической оценки параметров выработок подземных сооружений с учетом принятых технологических транспортных схем в условиях горной местности; сопоставлением результатов расчетов с фактическими данными; использованием разработанных автором методов при обосновании параметров выработок подземных сооружений и проектировании транспортных схем ряда подземных сооружений и в учебном процессе горных специальностей в Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени В.В. Куйбышева) - ДВГТУ.
Научная новизна работы заключается в теоретическом обобщении и развитии методологических основ оценки рациональных параметров выработок подземных сооружений в условиях горной местности, в частности:
1. Установлены горно-геологические, горнотехнические и горно
технологические условия и факторы, предопределяющие выбор конструк
тивных параметров выработок подземных сооружений их взаимное располо
жение по площади и в глубине горного отвода.
Сформулированы принципы обоснования и выбора параметров выработок, рациональных транспортных схем и их средств с учетом формирования грузопотоков для обслуживания подземных сооружений в условиях горной местности.
Впервые установлены зависимости параметров транспортных, вентиляционных и камерных выработок от объема подземного пространства,
способов его использования, видов применяемых транспортных схем и условий проветривания.
Предложены коэффициенты ярусности и использования полезной площади при определении экономической эффективности и конкурентоспособности подземных сооружений.
Разработаны методологические принципы, методика, критерий сравнительной экономической эффективности и методы определения рациональных параметров выработок подземных сооружений с учетом способа их использования, применяемых транспортных схем и условий проветривания, включающие порядок и методы определения учитываемых затрат в конкурирующих вариантах, базирующаяся на предложенных расчетных формулах для сравнительной оценки экономической эффективности этих вариантов.
Научное значение работы заключается в разработке методологии оценки и выбора рациональных параметров выработок подземных сооружений различного назначения, учитывающей особенности данного вида ресурсов, а также горно-геологические и технологические условия, экономические и социально-экологические факторы; методики и критерия сравнительной экономической эффективности вариантов подземного и поверхностного строительства.
Практическое значение работы состоит в разработке: методик выбора параметров транспортно-вентиляционных выработок, рациональных транспортных схем и их средств с учетом габаритов и агрегатного состояния перевозимых грузов при формировании грузопотоков подземных сооружений в условиях горной местности; перспективных транспортных схем подземных сооружений в зависимости от способа использования подземного пространства; установлении области эффективного применения вариантов подземного строительства с использованием различных технологических транспортных схем и их средств при формировании грузопотоков с учетом суммарной про-
тяженности транспортных и воздухоподающих выработок, объема технологических камер подземного сооружения.
Личный вклад автора состоит в постановке проблемы и задач, их решении и анализе полученных результатов; в разработке экономико-математических моделей и проведении численных экспериментов; в разработке методов сравнительной экономической оценки параметров выработок подземных сооружений, технологических транспортных схем и их средств, в условиях горной местности.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при выполнении соответствующих разделов программы научно-исследовательских работ по теме № 010602/НИИ "Проведение исследований состава рудничной атмосферы при проходке вскрывающих выработок гор.-420 м Николаевского рудника ОАО "ГМК "Дальполиметалл". Разработанные рекомендации по обоснованию рационального использования подземного пространства приняты для реализации ООО "ДВГСК-Центр". Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе специальности "Шахтное и подземное строительство" Горного института Дальневосточного технического университета (ДВПИ имени В.В. Куйбышева).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедр разработки месторождений полезных ископаемых и строительства подземных сооружений Горного института ДВГТУ, на XXXIV и XXXV научно-технических конференциях ДВГТУ (1994, 1995 гг.), научно-технических конференциях "Вологдинские чтения" (ДВГТУ, 1999, 2004 гг.), I, II и III международных научных конференциях "Проблемы освоения георесурсов российского Дальнего Востока и стран АТР" (ДВГТУ, 2001, 2002 и 2004 гг.), научном симпозиуме "Неделя горняка" (МГГУ, 2004 г.), научно-практической конференции "Современные проблемы геомеханики, геотехнологии, маркшейдерского дела и геодезии"
(СПбГТИ, 2004 г.), на научном семинаре в Институте проблем комплексного освоения недр РАН (2005 г.), на Круглом столе по проблемам использования подземного пространства Владивостока (ДВГТУ, 2005 г.).
Диссертационная работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ имени В.В. Куйбышева) под руководством профессора, доктора технических наук А.С. Воронюка (ИПКОНРАН).
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ИПКОН РАН, члену-корреспонденту РАН, доктору технических наук А.А. Пешкову; профессору, доктору технических наук Н.Г. Матвиенко за ценные советы и замечания; научному консультанту, доктору технических наук, профессору А.С. Воронюку за постоянное внимание, советы на всех этапах проведения исследований и интерес к работе.
Использование подземных выработанных пространств действующих и законсервированных горных предприятий
При подземной разработке полезных ископаемых в недрах земли остается большое количество пустот. Большая часть выработанного пространства погашается. В тоже время вскрывающие, подготовительные выработки рудников и шахт, камерные выработки предприятий, разрабатывающих рудные и соляные месторождения, производящих строительные материалы, в течение длительного времени находятся в устойчивом состоянии. Эти выработки имеют большие поперечные сечения и объем, относительно ровную почву и пройдены в устойчивых малообводненных породах. Это предопределяет целесообразность их использования в промышленных, хозяйственных или социальных целях. Наиболее рациональным и экономически и экологически оправданным является освоение подземного пространства нагорной части отрабатываемых месторождений в условиях горной местности.
Освоение подземного выработанного пространства для промышленных целей началось в конце XIX века. Первыми подземными промышленными объектами стали подземные гидроэлектростанции, построенные в 1907 г. в Германии и в 1910 г. - в Швеции. Выработки шахт в качестве подземных складов товарной продукции использовались в Германии во время первой мировой войны. В 1917 г. в одной из отработанных шахт в Тюрингии был размещен завод по производству точных приборов [37].
В Германии в период второй мировой войны действовали 143 подземных завода по производству военной продукции. Подземные заводы имели значительные размеры. Наиболее крупный из них размещался в выработках известковой шахты с пролетами 20 м. Его общая площадь составляла около 1,6 млн м2 [4, 37].
Подземные заводы строились в основном в условиях горной местности. Это было обусловлено необходимостью формирования по подземным выработкам и по поверхности технологических транспортных схем для перевозки в подземные цехи грузов различного назначения и готовой продукции - в обратном направлении.
В США для использования в различных целях рекомендовано исполь-зование выработок суммарной площадью 67 млн м . Наиболее активно освоение подземного пространства ведется в районе г. Канзас-Сити) [37]. Завод по производству сельскохозяйственных машин размещен в известняковых выработках площадью 80 тыс. м2. Доставка материалов, готовой продукции осуществляется конвейерным транспортом. Средняя температура воздуха в выработках составляет 14 С. Здесь же сооружен подземный завод по производству цветных телевизоров. Он имеет три сборочные линии протяженностью по 120 м. Завод по производству прецизионных оптических изделий размещен в известняковых выработках на глубине 24 м под городскими улицами. Его площадь составляет 24 тыс. м2.
В настоящее время площадь используемых в районе г. Канзас-Сити известняковых шахт превышает 200 га. Для размещения различных объектов используется более 12 % имеющейся площади выработанного пространства, в том числе 85 % приходится на склады различного назначения и холодильники, 7 % - на производственные объекты, 5 % - на офисы и 3 % - на предприятия обслуживающего назначения. В подземных выработках размещены два городских промпарка, две международные торговые зоны, архивы, а также комплексные склады продовольственных и промышленных товаров, холодильники и зернохранилища [37].
В известковых выработках г. Индепенденс (шт. Миссури, США) изготавливают спортивные суда. Здесь же построен завод по производству конвейерных линий и небольших цистерн площадью 2,6 тыс. м2. Подземный завод по производству цементных труб имеет площадь 1,4 тыс. м2 [37]. Выработанное пространство горных предприятий широко используется для размещения производственных и бытовых отходов.
Подземное хранилище в условиях шахты "Хайльброн" (Германия) [6,38] эксплуатируется с 1986 г. и предназначено для складирования отходов мусоросжигательных установок. Полезный объем хранилища позволяет разместить около 450 тыс. т отходов. Хранилище пространственно и организационно отделено от участков горных работ. Транспортирование отходов от шахтного ствола до места складирования осуществляется обособленно подземным автотранспортом по штреку протяженностью 3,8 км. Участок хранения отходов имеет обособленную систему проветривания.
Подземное хранилище радиоактивных отходов Морслебен расположено в подземных выработках шахты "Бартенслебен" (б. ГДР) [39]. Захоронение отходов производилось в отработанных камерах. Здесь применялось штабелевание контейнеров с отходами при хранении, разгрузка высокорадиоактивных отходов из транспортных сосудов самотеком и отвердение жидких отходов в полевых условиях.
Подземное хранилище "Херфа-Нойроде" действует с 1972 г. Оно расположено в пределах шахтного поля калийного рудника "Винтерсхаль" (ФРГ) [40, 41]. Здесь осуществляется раздельное хранение 16 групп различных материалов. Складирование отходов производится с учетом возможности дальнейшей их переработки. В год размещают 160 тыс. т различных отходов. Имеющегося в настоящее время подземного пространства достаточно для работы хранилища в течение 100 лет. Рудник является действующим, поэтому объемы выработанного пространства, пригодного для хранения отходов, постоянно увеличиваются.
Опыт Германии показывает целесообразность создания подземных хранилищ отходов в выработках действующих горнодобывающих предприятий. Следует отметить, что при этом создаются обособленные транспортные потоки по поверхности и подземным выработкам, раздельное проветривание камер-хранилищ и добычных участков.
Строительство подземных закладочных комплексов предполагалось осуществить на Северо-уральских бокситовых рудниках (СУБР) [42]. Необходимость этого была обусловлена удаленностью существующих поверхностных закладочных комплексов от мест ведения горных работ, что в ряде случаев не позволяло повсеместно использовать системы разработки с закладкой выработанного пространства; невозможностью использования существующими закладочными комплексами пустых пород в качестве наполнителя закладки; низкой эффективностью капитальных вложений.
Перспективными планами развития Северо-уральских бокситовых рудников (СУБР) предполагалось осуществить строительство закладочного комплекса, состоящего из завода твердеющей закладки (ЗТЗ) производительностью 150 тыс. м3 в год, двух подземных закладочных комплексов (ПЗК) и установки твердеющей закладки (УТЗ) производительностью по 100 тыс. м в год каждая [42].
Анализ параметров транспортных выработок рудников и подземных сооружений и их транспортных схем
При создании подземных сооружений хозяйственного назначения в пещерах, выработках действующих или законсервированных горнодобывающих предприятий, их строительстве следует учитывать целый ряд особенностей. Строительными нормативами [58] установлено, что, в зависимости от назначения подземного объекта, ширина подземных камер должна составлять не менее 4,0-8,0 м, высота -3,0-6,5 м. При использовании подвесного вспомогательного оборудования их высота принимается не менее 4,5 м. Необходимы ровные почва и борта камер. Выбор места заложения технологических камер определяется требованиями к вмещающему массиву и оказывает существенное влияние на протяженность транспортных и вентиляционных выработок, запасных выходов. Параметры существующих подземных галерей естественного подземного пространства, транспортных выработок горных предприятий, способ использования подземного сооружения оказывают доминирующее влияние на выбор рациональных транспортных схем и их средств при формировании грузопотоков на поверхности и под землей. Подземное пространство пещер образовывалось в процессе выветривания горных пород, поэтому входы в них находятся в случайных местах, определенных природными горно-геологическими условиями. Они часто располагаются на значительной высоте крутых склонов гор, глубоких речных долин (ущелий). Подходы к ним во многих случаях отсутствуют либо представляют собой узкие, извилистые тропы с резкими перепадами трасс. Опыт работы многочисленных спелеологических экспедиций доказывает, что большинство пещер не используется вследствие их удаленности от населенных пунктов и сложности горного рельефа [29-31]. Пещеры, находящиеся в экономически развитых районах и имеющие научное, хозяйственное, лечебное или культурное значение, оборудуются внешними и внутренними транспортными схемами и средствами, частично электрифицируются (см. Приложение 2, табл.1). При освоении пещер следует учитывать, что почвы их подземных галерей и камер представлены глинистыми материалами.
В процессе эксплуатации возможно оседание инженерных сооружений, прокладываемых через трещины. Подземные галереи характеризуются частыми и крутыми поворотами, резкими изменениями поперечного сечения, переменными уклонами в широком диапазоне и на сравнительно коротких участках. Частые повороты, перепады высотных отметок почвы и резкие изменения сечений естественных подземных галерей резко ограничивают возможность использования в них большинства видов современного транспорта. Автомобильный транспорт является наиболее маневренным и имеет большое число модификаций. Однако недопустимость изменения параметров подземных галерей и увеличения скорости воздухообмена в них для обеспе- чения работы двигателей внутреннего сгорания делает использование этого вида транспорта практически невозможным. Конструкционной особенностью конвейерного транспорта является то, что конвейерные ставы в горизонтальной плоскости практически не изгибаются. Поэтому на каждом, даже не очень крутом, повороте потребуется монтаж промежуточных приводных головок конвейеров и перегружателей, что усложняет управление технологическими линиями, резко снижает надежность работы транспортной системы в целом. Особенности формирования естественного подземного пространства не позволяют использовать в выработках рельсовый транспорт. Это возможно осуществлять только на сравнительно прямолинейных, расположенных близко к входу в пещеру участках. Примером может служить опыт транспортная система пещеры Новоафонская на Кавказе [29]. Использование в естественном подземном пространстве трубопроводного транспорта ограничивается в основном возможностью обеспечения безопасных условий монтажа и способом использования подземного пространства. Этот вид транспорта активно используется при обеспечении населенных пунктов в горных районах питьевой водой (см. Приложение 2, табл.1). Анализ отечественного и зарубежного опыта освоения естественного подземного пространства позволяет сделать следующие выводы: 1. Условия формирования естественного подземного пространства и его микроклиматические условия в подавляющем большинстве случаев не допускают вмешательства в изменение конфигурации его выработок. 2. Сложная конфигурация естественных подземных галерей исключает использование в выработках современных транспортных средств. Автомобильный, рельсовый или конвейерный транспорт могут применяться на ограниченных участках, находящихся близко к поверхности и имеющих размеры, достаточные для безопасной работы. Использование трубопроводного транспорта ограничивается спецификой его использования и возможностью его монтажа.
Влияние условий и требований к проветриванию выработок подземных сооружений на выбор их рациональных параметров и вентиляционных схем
Рельеф поверхности, горно-геологические и климатические условия района подземного строительства, горнотехнические и горнотехнологические факторы оказывают существенное влияние на глубину заложения подземного объекта - протяженность транспортных выработок, пространственное расположение подземных камер и их линейные параметры. В зависимости от своего назначения подземные сооружения имеют значительные объемы. Многие их них составляют сотни тысяч кубических метров. Поэтому важной инженерной задачей является определение оптимальных условий проветривания, выбор мест расположения запасных выходов подземного сооружения, а, соответственно, и параметров транспортных и возду-хоподающих выработок. Так, объем подземных камер при строительстве подземной атомной электростанции с реакторами типа "Рута" в Ленинградской области составляет примерно 35000 м3 (см. рис. 1.6, [47]), подземного склада товаров в г. Хельсинки - 12200 м3 (рис.1.14, [7]), подземного хранилища низко- и сред-нерадиоактивных отходов в Швеции - 90000 м [4], подземного склада меди-каментов в штате Миссури в США - 18500 м [19]. Для обеспечения нормальных условий труда согласно требованиям Правил техники безопасности необходимо обеспечивать 4-кратный обмен воздуха в подземном сооружении в течение часа [79,97]. Несложно подсчитать, что для проветривания подземной камеры объемом 50000 м3 необходимо подать 50000x4=200000 м3 свежего воздуха в час, что соответствует производительности вентиляционной установки 200000/3600=55,5 м3/с и сопоставимо с потребностями небольшого по производительности (до 100 тыс. т руды в год) горнодобывающего предприятия. Сотрудниками кафедры РМПИ Горного института ДВГТУ при участии соискателя совместно с представителями горных предприятий в течение десяти лет проводились исследования условий проветривания рудников в Приморском крае.
Результаты определения потребности рудника Верхний ОАО "ГМК "Дальполиметалл" в свежем воздухе, выполненные доцентом кафедры РМПИ И.Г. Ивановским в различные годы, показали, что при производительности рудника 120 тыс. т свинцово-цинковой руды в год на проветривание горных работ требуется примерно 55,0-66,8 м3/с (в зависимости от протяженности поддерживаемых выработок, числа технологических камер, числа и распределения забоев в пределах шахтного поля). Расчетное количество воздуха по годам для рудника Приморский составило от 32,5 до 39,4 м3/с при годовой производительности 70-80 тыс. т. Для рудника Второй Советский потребность в свежем воздухе не превышала по годам 78,9-80,65 м3/с при годовой производительности 220-230 тыс. т. Фактическая обеспеченность всех исследованных рудников свежим воздухом составляла от 105 до 130 %. [99,104]. Оптимальная производительность шахтных вентиляторов местного проветривания составляет от 3,2 до 20,0 м3/с [78]. Расчеты показывают, что эти вентиляторы целесообразно применять в подземных сооружениях объемом до 15000-18000 м3. С учетом вышеизложенного становится очевидным, что для обеспечения свежим воздухом крупного по объему подземного объекта промышленного, хозяйственного или социального назначения необходимо использование высокопроизводительных вентиляционных установок.
В случае размещения подземного сооружения в выработках действующего горного предприятия необходимо предусмотреть рост потребности в свежем воздухе для проветривания горных выработок. В связи с этим необходимо, чтобы главная вентиляторная установка имела значительный резерв по производительности, либо предусмотреть мероприятия по повышению ее мощности и улучшению условий проветривания горных выработок. Поэтому при определении рационального способа проветривания подземного сооружения необходимо проходить транспортные выработки, сечения которых соответствовали бы параметрам применяемых транспортных средств, условиям проветривания и в них обеспечивались благоприятные условия для перевозки людей, грузов и оборудования. Так, в конце 1980-х годов на вольфрамовом руднике Восточный в Приморском крае горные работы велись открытым и подземным способами. Производительность рудника составляла 450 тыс. т в год. В очистных и подготовительных выработках использовалось высокопроизводительное самоходное оборудование. При переходе всех горных работ на подземный способ отбойки выяснилось, что для обеспечения горных работ свежего воздуха недостаточно. Это было обусловлено значительной длиной воздухоподающей капитальной штольни и ее высоким аэродинамическим сопротивлением. Несмотря на то, что главный вентилятор ВОД-30 имел значительный резерв по мощности, увеличить количество подаваемого на проветривание забоев воздуха оказалось невозможным, так как в этом случае скорость вентиляционной струи превысила бы нормативную величину. Впоследствии производительность рудника была снижена и в настоящее время составляет 300 тыс. т вольфрамово-медной руды в год.
Обоснование рациональных параметров транспортных выработок с учетом применяемых транспортных схем, величин грузопотоков и ярусности подземных сооружений
При выборе сечений транспортных и вентиляционных выработок, рациональных транспортных схем и формировании грузопотоков на земной поверхности и по выработкам подземных сооружений следует учитывать агрегатное состояние и габариты перевозимых грузов. В зависимости от транспортных характеристик грузов, расстояния перевозок и величины грузопотоков для обеспечения подземных сооружений различного назначения на земной поверхности и под землей применяют следующие транспортных средств: 1. При перевозке габаритных и фасованных грузов, оборудования: автомобильный транспорт: контейнеровозы грузоподъемностью 10-24 т; бортовые автомобили грузоподъемностью 1,5-5 т; рельсовый транспорт (нормальной и узкой колеи) с перевозкой грузов в вагонах, контейнерах, на открытых платформах. 2. Для перевозки сыпучих (дробленых) продуктов: автомобильный транспорт: автосамосвалы грузоподъемностью 3-30 т; бортовые автомобили грузоподъемностью 1,5-5 т для перевозки сыпучих грузов в специальной таре; специализированные автомобили (цементовозы, муковозы и другие); рельсовый транспорт (нормальной и узкой колеи) с перевозкой грузов в думпкарах, открытых вагонах и полувагонах. грузовые подвесные канатные дороги с углами наклона трасс до 30 и вместимостью вагонеток 0,65-2,0 м (на поверхности); монорельсовые дороги (в подземных выработках); конвейерный транспорт; трубопроводный транспорт; 3.
Для транспортирования наливных (жидких и газо образных) продуктов: автомобильный транспорт: специализированные автомобили для перевозки грузов цистернами или в баллонах; рельсовый транспорт (нормальной и узкой колеи) с перевозкой грузов в цистернах и в спецвагонах для перевозки в баллонах. трубопроводный транспорт; 4. Для перевозки людей: автомобильный транспорт: автобусы различной вместимости и оборудованные для перевозки людей автомобили; рельсовый транспорт (нормальной и узкой колеи). пассажирские подвесные канатные дороги (на поверхности). Характер перевозимых грузов, их агрегатное состояние и габариты, маневренность применяемых транспортных средств, их вместимость и грузо- подъемность оказывают доминирующее влияние на выбор места расположения и конструктивные параметры поверхностных и подземных погрузочно-разгрузочных пунктов подземных сооружений. В зависимости от рельефа местности, ценности изымаемых под строительство земель, применяемых на поверхности и под землей видов и типоразмеров транспортных средств и величин грузопотоков приемно-разгрузочные платформы (погрузочно-разгрузочные пункты) располагают: 1. На пригодных участках поверхности, пригодных для строительства погрузочно-разгрузочных пунктов и расположенных на значительном (до нескольких километров) удалении от подземных сооружений. 2. На поверхности у порталов транспортных выработок подземных сооружений. 3. Под землей у порталов транспортных выработок подземных сооружений. 4. Под землей непосредственно около технологических камер подземных сооружений.
При сооружении подземного холодильника в морском порту в б.СССР были построены восемь параллельно расположенных разгрузочных стоянок-штолен длиной 14 м каждая, которые соединены между собой погрузочно-разгрузочной автомобильной платформой, пройденной в горном склоне. Ее длина 220 м, ширина 8 м. Платформа с основной транспортной выработкой подземного сооружения соединяется пятью выработками-шлюзами длиной по 15 м. Расстояние между ними принято по 30 м. Три шлюза используются для доставки через них грузов в холодильные камеры электропогрузчиками. Расстояние доставки внутри подземного холодильника не превышает 100 м. Две крайних выработки-шлюза оборудованы под вспомогательные помещения (см. рис.2.4, [37]).
