Курсовая работа по проектированию горных выработок — это не просто учебное задание, а полноценная имитация реальной инженерной задачи, с которой сталкивается горный инженер. Ее цель — сформировать у вас ключевые практические навыки проектирования в заданных условиях. Не стоит бояться ее сложности. Это руководство создано, чтобы последовательно провести вас через все ключевые этапы: от анализа исходных данных и выбора сечения выработки до детальных технологических расчетов, экономической оценки и финального оформления чертежей. Мы рассмотрим каждый из этих разделов, создав понятную «дорожную карту» для вашей успешной работы и защиты.
Теперь, когда мы понимаем цель и структуру предстоящей работы, давайте заложим прочный фундамент — разберемся с ее структурой и исходными данными.
Какова структура курсовой работы и как с ней работать
Любой проект начинается с понимания его структуры. Курсовая работа по проектированию горных выработок состоит из двух неотъемлемых частей: пояснительной записки и графической части. Каждая из них выполняет свою функцию.
Пояснительная записка — это текстовый документ, где вы последовательно обосновываете все принятые проектные решения. Ее стандартная структура включает следующие разделы:
- Введение: Описывает цель и задачи работы.
- Обзор литературы: Анализ существующих методов и технологий по теме.
- Технологическая часть: Основной раздел, где описывается выбор сечения, способ проходки и организация работ.
- Расчетная часть: Содержит все математические выкладки по параметрам буровзрывных работ, вентиляции и т.д.
- Экономическая оценка: Расчет себестоимости проходки.
- Заключение: Краткие выводы по результатам всего проекта.
Графическая часть — это чертежи, которые визуализируют ваши проектные решения. Как правило, сюда входит план горных работ, поперечное сечение выработки и паспорт буровзрывных работ.
Ключ к успешному выполнению работы — внимательный анализ исходных данных. Каждый параметр из вашего задания (например, крепость пород по шкале Протодьяконова, срок службы выработки, геологические условия) является не просто числом, а отправной точкой для конкретного расчета в соответствующем разделе. Именно от них зависит, какую форму сечения, тип крепи и технологию проходки вы выберете.
Мы разобрались со структурой и данными. Первый ответственный шаг в проектировании — это определение формы и размера будущей выработки. Перейдем к выбору ее сечения.
Как выбрать и обосновать типовое сечение горной выработки
Выбор сечения выработки — это всегда поиск оптимального компромисса между тремя факторами: устойчивостью, функциональностью и экономическими затратами. Ваше решение должно быть четко обосновано, исходя из горно-геологических условий, назначения выработки и, что крайне важно, ее планируемого срока службы.
Существует несколько основных форм поперечных сечений, каждая из которых имеет свою область применения:
- Прямоугольная: Самая простая в исполнении, но наименее устойчивая. Применяется в крепких, устойчивых породах с небольшим сроком службы.
- Трапециевидная: Обладает большей устойчивостью, чем прямоугольная, за счет наклона стенок. Хорошо подходит для пород средней крепости.
- Сводчатая (арочная): Наиболее устойчивая форма, отлично противостоящая горному давлению. Это стандартное решение для неустойчивых пород и длительного срока службы выработки.
Логика выбора выглядит следующим образом. Вы анализируете исходные данные и делаете вывод. Например: «Поскольку срок службы выработки составляет 10 лет, а породы склонны к обрушению, для обеспечения максимальной устойчивости мы применяем арочную форму сечения и металлическую трехзвенную податливую крепь из спецпрофиля СВП«. Это и есть инженерное обоснование.
Важно помнить, что большинство сечений и типов крепи унифицированы. Типовые сечения горных выработок стандартизированы в соответствии с ГОСТами, что упрощает проектирование и производство элементов крепи.
Форма и размер определены. Теперь нужно решить, каким способом мы будем эту выработку создавать.
Какой способ проходки выработки будет оптимальным
Выбор технологии проведения выработки напрямую зависит от крепости пород, размеров сечения и требуемых темпов работ. В современной горной практике доминируют два основных подхода: буровзрывные работы (БВР) и механизированная проходка с помощью комбайнов.
Давайте сравним их по ключевым параметрам:
- Применимость: БВР универсальны и могут применяться в породах любой крепости, от самых слабых до самых прочных. Комбайновая проходка эффективна в породах слабой и средней крепости. В очень крепких породах ее применение ограничено износом исполнительного органа.
- Скорость: При благоприятных условиях комбайны обеспечивают более высокую скорость проходки за счет непрерывности процесса.
- Стоимость: Капитальные затраты на проходческий комбайн значительно выше, чем на буровой и погрузочный комплекс для БВР. Однако эксплуатационные расходы могут варьироваться.
- Безопасность: Механизированная проходка считается более безопасной, так как исключает операции с взрывчатыми веществами.
Таким образом, выбор очевиден: для выработок большого сечения в крепких породах чаще всего выбирают буровзрывной способ. Для пород средней крепости, где важны высокие темпы, предпочтение отдается комбайнам. В курсовых работах чаще всего рассматривается именно метод БВР как наиболее универсальный.
В исключительных, особо сложных геологических условиях (например, при наличии плывунов или сильном водопритоке) могут применяться специальные способы, такие как предварительное замораживание массива или инъектирование упрочняющих растворов в трещиноватые породы.
Предположим, мы выбрали наиболее распространенный метод — буровзрывные работы. Теперь необходимо погрузиться в его детальный расчет. Это центральная часть всего проекта.
Как рассчитать ключевые параметры буровзрывных работ
Расчетная часть, посвященная БВР, — это ядро вашего курсового проекта. Здесь вы должны продемонстрировать умение применять формулы и методики для определения конкретных технологических параметров. Весь процесс можно разбить на несколько логических шагов.
- Обоснование режима работы. На этом этапе определяется количество рабочих смен в сутках и количество проходческих циклов за одну смену. Это зависит от общей организации работ на предприятии и сложности условий.
- Расчет длины заходки и шага установки крепи. Длина заходки — это глубина, на которую выработка проходится за один цикл «взрыв-уборка». Она напрямую связана с устойчивостью пород: чем менее устойчивы породы, тем меньше должна быть длина заходки и тем чаще (с меньшим шагом) должна устанавливаться крепь.
-
Расчет параметров бурения (Паспорт БВР). Это самый объемный пункт. Здесь вы определяете:
- Диаметр шпуров (скважин для зарядов).
- Количество шпуров (врубовых, оконтуривающих, отбойных).
- Расположение шпуров на плоскости забоя. Эта схема и называется паспортом буровзрывных работ.
-
Расчет взрывчатых веществ (ВВ). На основе крепости пород и объема взрываемой породы вы рассчитываете два ключевых показателя:
- Удельный расход ВВ: сколько килограммов взрывчатки требуется на 1 кубический метр породы.
- Общая и шпуровая масса заряда: сколько ВВ нужно на один цикл и как распределить его по отдельным шпурам.
Каждый из этих пунктов требует использования специальных формул, где учитываются различные коэффициенты, зависящие от свойств пород и типа применяемого оборудования. Важно не просто подставить числа, а понимать физический смысл каждого расчета.
Расчеты выполнены. Теперь эти цифры нужно превратить в четкий план действий для проходческой бригады.
Как грамотно организовать производственные работы в забое
После того как все параметры рассчитаны, необходимо «оживить» их — составить детальный план организации работ в забое. Этот процесс называется составлением циклограммы. Проходческий цикл при БВР декомпозируется на ряд последовательных и параллельных операций.
Стандартный перечень проходческих процессов выглядит так:
- Бурение шпуров в соответствии с утвержденным паспортом БВР.
- Заряжание шпуров взрывчатыми веществами и их коммутация.
- Взрывание зарядов (после вывода людей и оборудования).
- Проветривание забоя до полного удаления ядовитых газов.
- Возведение постоянной крепи на пройденном участке.
- Погрузка и транспортировка горной массы. Для этого используются специализированные погрузочные машины (например, ковшового типа) или скреперные установки, которые грузят породу в вагонетки.
Для каждого из этих процессов вы должны рассчитать объемы работ (например, метры бурения, кубометры породы) и, на их основе, — трудоемкость (сколько человеко-часов требуется на выполнение). Сумма трудоемкостей всех операций дает общую продолжительность одного проходческого цикла. На основе этих данных определяется и количественный явочный состав проходческой бригады — сколько рабочих и каких специальностей необходимо иметь в смене для выполнения плана.
План работ составлен. Но ни один план не будет утвержден без строгого соблюдения правил безопасности.
Какие требования безопасности и вентиляции необходимо учесть
Раздел по безопасности и охране труда — это не формальность, а критически важная часть любого горного проекта. В курсовой работе он демонстрирует ваше понимание ответственности инженера. Этот раздел следует структурировать по трем ключевым направлениям.
-
Охрана труда и техника безопасности. Здесь необходимо описать конкретные меры безопасности для каждого технологического процесса, который вы спроектировали в предыдущем разделе. Например:
- Меры безопасности при бурении шпуров (проверка кровли, использование исправного инструмента).
- Правила безопасности при обращении с взрывчатыми веществами.
- Требования к безопасной эксплуатации погрузочного и транспортного оборудования.
- Вентиляция. Промышленная вентиляция в шахте — залог жизни. Вы должны объяснить ее назначение (удаление ядовитых газов после взрыва, снижение концентрации метана и пыли) и выполнить упрощенный расчет необходимого количества воздуха. Расчет систем вентиляции является неотъемлемой частью процесса проектирования и показывает, что вы заботитесь не только о проходке, но и о создании безопасных условий труда.
- Экологические аспекты. Современное производство неотделимо от экологии. В этом пункте следует рассмотреть вопросы пылеподавления (орошение, вентиляция) и утилизации отвальной породы.
Важнейший аспект: все ваши предложения и расчеты в этом разделе должны опираться на действующие промышленные нормы и правила безопасности в горной отрасли.
Проект технически обоснован, спланирован и безопасен. Осталось доказать его экономическую целесообразность.
Как выполняется экономическая оценка проекта
Экономический раздел курсовой работы призван ответить на главный вопрос любого производства: «Сколько это стоит?». Ваша задача — рассчитать основной экономический показатель для проведения выработки, которым является себестоимость проходки 1 метра. Этот расчет, как правило, ведется по основным статьям затрат.
Структура затрат обычно включает следующие элементы:
- Заработная плата рабочих. Рассчитывается на основе трудоемкости работ и тарифных ставок.
- Стоимость материалов. Одна из самых значительных статей. Сюда входит стоимость взрывчатых веществ, средств взрывания, элементов крепи (металлической, анкерной), труб, рельсов и т.д.
- Амортизация оборудования. Стоимость проходческого оборудования (буровой установки, погрузочной машины) не списывается единовременно, а переносится на себестоимость продукции частями в течение срока его службы.
- Затраты на электроэнергию. Рассчитываются исходя из мощности установленного оборудования и времени его работы.
Суммировав все эти затраты за определенный период (например, месяц) и разделив их на количество пройденных за этот же период метров, вы получите искомую себестоимость. Помимо этого, в разделе можно рассчитать и другие показатели, например, производительность труда проходчика.
Проект полностью рассчитан и обоснован. Финальный рывок — привести все материалы в идеальный вид.
Как правильно оформить пояснительную записку и графическую часть
Качественное оформление — это признак профессионализма. Даже блестящие расчеты могут быть оценены ниже, если работа представлена небрежно. Оформление должно соответствовать требованиям ГОСТ и методическим указаниям вашей кафедры.
При работе над пояснительной запиской обратите внимание на следующий чек-лист:
- Титульный лист: Оформлен по стандарту вашего вуза.
- Содержание: Автоматически собираемое, с точным указанием страниц.
- Нумерация страниц: Сквозная, арабскими цифрами.
- Таблицы и рисунки: Имеют названия и порядковые номера. Все они должны быть упомянуты в тексте (например, «…как показано на рисунке 3.1»).
- Список литературы: Оформлен в соответствии с ГОСТ.
Требования к графической части не менее строги. Ваши чертежи должны быть:
- Выполнены на стандартных форматах (А1, А2).
- Иметь основную надпись (штамп) установленного образца, заполненную по всем правилам.
- Содержать все необходимые виды, разрезы, размеры и условные обозначения.
Для ускорения и повышения качества чертежных работ сегодня повсеместно применяются современные системы автоматизированного проектирования (САПР), такие как AutoCAD или КОМПАС-График. Владение ими — важный навык для будущего инженера.
Ваша работа полностью готова. Осталось подвести итоги и подготовиться к защите.
Заключение и подготовка к защите
Заключение в курсовой работе — это не пересказ ее содержания, а концентрированное изложение главных результатов вашего проекта. Оно должно быть кратким и емким. Структурируйте его как ответ на поставленные во введении задачи. Например: «В ходе выполнения курсовой работы была спроектирована вентиляционная выработка в заданных горно-геологических условиях. На основе анализа был выбран арочный тип сечения и буровзрывной способ проходки. Были рассчитаны ключевые параметры БВР и составлена циклограмма организации работ, что позволило достичь плановой скорости проходки X метров в месяц при себестоимости Y рублей за метр«.
Успешная защита — это финальный аккорд вашей работы. Чтобы она прошла гладко, следуйте нескольким простым советам:
- Подготовьте короткую речь или презентацию (5-7 минут), где отразите основные этапы и результаты проекта.
- Твердо знайте основные цифры из вашей работы: скорость проходки, длину заходки, удельный расход ВВ, себестоимость.
- Заранее продумайте ответы на возможные вопросы. Чаще всего спрашивают, почему вы выбрали именно такое сечение, такой способ проходки или такие параметры.
- Говорите уверенно. Вы автор этого проекта, и никто не знает его лучше вас.
Успехов на защите!