Как написать курсовую по горизонтальным выработкам – полное руководство от расчетов до оформления

Написание курсовой работы по строительству выработок — это не составление реферата, а решение полноценной инженерной задачи. Представьте себя главным инженером проекта: ваша цель — не просто описать процесс, а обосновать и доказать, почему выбранные вами технические решения являются наиболее эффективными и безопасными для заданных условий. Этот путь начинается с анализа геологии и заканчивается разработкой готового паспорта проведения выработки — именно его мы и пройдем шаг за шагом.

Итак, любой инженерный проект начинается с анализа условий. Перейдем к первому и самому важному разделу вашей работы — изучению горно-геологической основы.

Раздел 1. Как геология и назначение выработки определяют ваш проект

Фундаментом всего вашего проекта служат три ключевых параметра: категория устойчивости пород, назначение выработки и ее плановый срок службы. Это не просто цифры в задании, а главные факторы, диктующие все последующие инженерные решения. Игнорирование хотя бы одного из них ведет к провальному проекту.

Категория устойчивости пород напрямую влияет на выбор системы крепления. Например, работа в слабых, неустойчивых породах немедленно требует применения мощной рамной крепи и, возможно, специальных методов проходки, что кардинально увеличивает стоимость и трудоемкость работ. И наоборот, в устойчивых породах можно обойтись более легкими и дешевыми видами крепи, например, набрызг-бетоном.

Назначение выработки определяет требования к ее геометрии.

• Капитальные выработки (например, главные транспортные или вентиляционные штреки) служат весь срок жизни шахты и должны обеспечивать пропуск больших объемов груза и воздуха. Это диктует необходимость проектирования поперечного сечения с увеличенными габаритами.
• Подготовительные выработки имеют меньший срок службы и обслуживают отдельный добычной участок, поэтому их размеры могут быть более скромными.

Таким образом, уже на первом этапе вы должны четко увязать геологические условия с функционалом будущей выработки. Этот анализ — основа для принятия всех дальнейших решений.

Теперь, когда у нас есть четкое понимание исходных условий, мы можем принять первое ключевое проектное решение — выбрать способ проходки и определить геометрию будущей выработки.

Раздел 2. Выбор способа проходки и расчет геометрии выработки

На этом этапе вы переходите от анализа к конкретным проектным решениям. Главная задача — обосновать, как именно будет создаваться выработка и какими будут ее точные размеры. Логика здесь строится по принципу «Проблема-Решение».

Проблема: необходимо провести выработку в породах с известными вам характеристиками прочности и устойчивости. Решение: выбрать оптимальный способ проходки. Для крепких и устойчивых пород наиболее распространенным и экономически оправданным методом является буровзрывной способ (БВР). Для особо сложных геологических условий, таких как сильно обводненные или сыпучие грунты, применяются специальные методы: тампонаж (укрепление пород цементными растворами), замораживание или кессонный способ.

После выбора способа проходки следует детальный расчет поперечного сечения. Важно понимать, что его размеры — это не произвольная величина, а строго рассчитанная сумма нескольких компонентов:

1. Габариты основного технологического оборудования (например, вагонеток или ленты конвейера).
2. Необходимые зазоры для безопасного передвижения людей и техники.
3. Пространство для размещения инженерных коммуникаций, в первую очередь — вентиляционного трубопровода.
4. Конструктивная толщина самой крепи, которая также занимает место.

Обоснование каждого из этих параметров, с опорой на нормативные требования, и является сутью данного раздела. Вы доказываете, что выбранная геометрия выработки является не просто достаточной, а оптимальной.

Мы определили, как будем проходить и какую форму будет иметь выработка. Следующий шаг — детализация самого энергоемкого процесса. Рассмотрим ядро любого курсового проекта — расчет параметров буровзрывных работ.

Раздел 3. Проектирование буровзрывных работ как основа производительности

Этот раздел является техническим ядром всей курсовой работы и демонстрирует ваше умение оптимизировать технологический цикл. Расчет параметров БВР — это не механическое применение формул, а поиск баланса между скоростью проходки, затратами и безопасностью. Именно от точности этих расчетов зависит итоговая эффективность выемки породы и сохранность проектного контура выработки.

Проектирование ведется пошагово и логично:

1. Выбор типа взрывчатого вещества (ВВ): Он зависит от крепости пород, их обводненности и требований промышленной безопасности. Для газовых или пыльных шахт применяются только предохранительные ВВ.
2. Расчет удельного расхода ВВ: Ключевой параметр, показывающий, сколько килограммов взрывчатки нужно на 1 кубический метр породы. Ошибочный расчет приведет либо к неполной выемке, либо к переизмельчению горной массы и нарушению контура.
3. Проектирование паспорта бурения: Это схема расположения шпуров (скважин малого диаметра) на забое. Здесь определяется их количество, глубина, углы наклона и порядок взрывания. Для бурения шпуров в проекте может быть заложен конкретный проходческий комплекс, например, бурильная установка БУЭ-3.
4. Расчет схемы электровзрывной сети: Проектирование безопасной и надежной системы инициирования зарядов для обеспечения заданной последовательности взрывания шпуров.

Качественно выполненный паспорт БВР — это залог высокой скорости проходки и минимального повреждения окружающего массива пород.

Взрывные работы создают полость, но не гарантируют ее стабильность. Чтобы выработка была безопасной и долговечной, ее необходимо закрепить. Переходим к расчету и выбору крепи.

Раздел 4. Расчет и выбор крепи для обеспечения долгосрочной безопасности

Главный тезис этого раздела: конструкция крепи является прямым следствием горного давления и категории устойчивости пород. Ваша задача — доказать, что выбранный тип крепления способен выдержать прогнозируемые нагрузки в течение всего срока службы выработки.

В зависимости от геологических условий применяются разные подходы:

• Для устойчивых и среднеоптимальных пород может быть достаточно анкерной крепи в сочетании с набрызг-бетоном, который защищает поверхность от выветривания.
• Для неустойчивых пород, где ожидаются значительные смещения контура, требуется установка мощной податливой крепи. Наиболее распространена рамная крепь.

Рамная крепь, в свою очередь, бывает разных форм (например, трапециевидная или прямоугольная) и состоит из основных элементов — верхняка и стоек. Выбор конкретного типа и шага установки рам основывается на расчете, который учитывает прогнозируемые смещения породного массива. Демонстрация этого расчета показывает ваше умение обеспечивать долгосрочную безопасность объекта.

Мы закрепили выработку. Теперь ее нужно превратить из пустого тоннеля в рабочее пространство, обеспечив нормальные условия для людей и техники.

Раздел 5. Создание рабочей среды через вентиляцию и транспорт

Без эффективных систем вентиляции и транспорта любая выработка — это просто мертвый тоннель. Эти две системы являются «кровеносной системой» вашего проекта, обеспечивая его жизнеспособность. В курсовой работе их расчету уделяется особое внимание.

1. Вентиляция. Главная цель — быстрое разбавление и удаление ядовитых газов после взрывных работ, а также борьба с пылью. Расчет начинается с определения необходимого количества воздуха, которое подается к забою. Оно зависит от количества одновременно взрываемого ВВ и сечения выработки. На основе этого расчета производится выбор конкретной модели вентилятора местного проветривания и диаметра вентиляционного трубопровода. Создание нормальных санитарных условий — ключевая задача инженера.

2. Транспорт. Выбор схемы транспортировки горной массы напрямую зависит от объемов работ и протяженности выработки.

• Для коротких выработок с небольшими объемами может быть целесообразен рельсовый транспорт в виде вагонеток.
• Для капитальных выработок и высоких темпов проходки чаще всего проектируется конвейерный транспорт как более производительный.

Крайне важно подчеркнуть, что габариты транспортной системы должны быть учтены еще на этапе расчета поперечного сечения выработки.

Инженерные системы спроектированы. Теперь необходимо объединить все процессы в единый цикл и обеспечить их безопасность.

Раздел 6. Организация проходческого цикла и система управления рисками

Идеально выполненные технические расчеты будут бесполезны без грамотной организации работ и анализа потенциальных опасностей. Этот раздел показывает ваше системное мышление как руководителя проекта.

Основа организации работ — это циклограмма проходческого цикла. Она объединяет все операции в строгую последовательность:

1. Бурение шпуров
2. Заряжание и монтаж взрывной сети
3. Взрывание
4. Проветривание забоя
5. Погрузка и транспортировка горной массы
6. Возведение постоянной крепи

Анализ времени выполнения каждой операции позволяет определить общую скорость проходки и выявить «узкие места» для оптимизации. Высокая производительность достигается не только за счет мощной техники, но и за счет высокой квалификации проходчиков и четкой организации труда.

Параллельно с организацией работ идет управление рисками. Раздел «Безопасность» — это не формальность. Здесь вы должны систематизировать основные угрозы:

• Геологические: внезапные выбросы газа, горные удары.
• Технологические: риски, связанные с применением взрывчатых веществ и эксплуатацией тяжелой техники в ограниченном пространстве.
• Человеческий фактор: ошибки персонала, нарушение инструкций.

Демонстрация умения предвидеть и минимизировать эти риски — признак компетентного инженера.

Проект практически готов. Остался последний, но не менее важный этап — его корректное оформление и визуализация.

Раздел 7. Финальный штрих — оформление пояснительной записки и графической части

Представление результатов — завершающий этап, который определяет итоговое впечатление от вашей работы. Пояснительная записка должна иметь четкую структуру, которая в идеале соответствует логике, изложенной в этой статье — от анализа условий до организации работ.

Однако особое внимание следует уделить графической части. Чертежи для инженера — это не просто иллюстрации, а основной рабочий язык. Курсовой проект, как правило, включает несколько обязательных чертежей, выполненных в программах вроде AutoCAD:

• Поперечное сечение выработки с указанием всех размеров, оборудования и крепи.
• Паспорт буровзрывных работ (схема расположения шпуров).
• Схема организации проходческого цикла.

Эти документы должны быть выполнены с неукоснительным соблюдением масштаба, государственных стандартов (ЕСКД) и отраслевых условных обозначений. Именно качественная графическая часть превращает набор расчетов в полноценный инженерный проект.

Список литературы

1. 1. Унифицированные типовые сечения горных выработок: в 3- томах. Т.1. Сечения выработок, закрепленные металлической арочной крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля при откатке грузов в вагонетках емкостью 1-4 м3 . – Киев: Будівельник, 1971. – 415 с.
2. 2. Белый В.В. Справочник инженера-шахтостроителя. В 2-х томах. Том 2. – М.: Недра, 1983. – 423 с.
3. 3. Правила безопасности в угольных шахтах. / Утв. Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 19.11.2013 № 550.
4. 4. Хорин В.Н. Машины и оборудование для угольных шахт. Справочник. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Недра, 1987. – 424 с.
5. 5. Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены
6. 6. Мельников Н.И. Проведение и крепление горных выработок: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1988. – 336с.
7. 7. Буровзрывная технология проведения горизонтальных выработок. ЛГИ. Составитель В. И. Очкуров, И. Е. Долгий; Санкт-Петербургский горный институт СПб, 2000.
8. 8. Технология проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. Учеб. пособ./Лисихин В.Г., Долгов Л.В. – Чита: ЧитГТУ. 2002 — 84 с.